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微型高光譜成像儀與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)成功研制

[2017/10/25]

    世間萬(wàn)物均會(huì)呈現(xiàn)自己獨(dú)有的光譜曲線，利用這一特性，科研人員可以根據(jù)光譜信息識(shí)別物質(zhì)。然而，能夠被人眼或是普通儀器捕捉到的光譜波段是有限的，可見(jiàn)光波段之外的許多光譜，如近紅外、短波紅外等，只能借助高光譜成像儀采集。
 
　　提到地質(zhì)勘探、環(huán)境調(diào)查，人們腦海中呈現(xiàn)出的往往是研究人員現(xiàn)場(chǎng)取樣、送到實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的場(chǎng)景。如果能有孫悟空的“火眼金睛”，只需看一眼便能識(shí)別出大面積區(qū)域內(nèi)待檢測(cè)物質(zhì)的成分，豈不節(jié)省時(shí)間和精力?南京理工大學(xué)的一項(xiàng)產(chǎn)學(xué)研成果將這個(gè)設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。在日前舉行的第二屆中國(guó)軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽中，這項(xiàng)成果獲銅獎(jiǎng)，成為全國(guó)816個(gè)項(xiàng)目中高校獲獎(jiǎng)的3項(xiàng)成果之一。
 
　　世間萬(wàn)物均會(huì)呈現(xiàn)自己獨(dú)有的光譜曲線，利用這一特性，科研人員可以根據(jù)光譜信息識(shí)別物質(zhì)。然而，能夠被人眼或是普通儀器捕捉到的光譜波段是有限的，可見(jiàn)光波段之外的許多光譜，如近紅外、短波紅外等，只能借助高光譜成像儀采集。近年來(lái)，高光譜成像儀的研制一直是科研人員們傾力攻關(guān)的熱門(mén)領(lǐng)域，但仍存在兩大難題：一是提高光譜分辨率的難度大，低分辨率下不同物質(zhì)的光譜曲線相似度高，很難區(qū)分，會(huì)誤導(dǎo)鑒別結(jié)果;二是在采集大面積待測(cè)區(qū)域的光譜信息時(shí)，單位像素中多種物質(zhì)混雜，不易得到各類(lèi)純物質(zhì)的光譜信息。
 
　　南京理工大學(xué)與南京地質(zhì)調(diào)查中心聯(lián)合建設(shè)的江蘇省光譜成像與智能感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)5年努力，以“微型高光譜成像儀與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”成功攻克了這兩大難題。
 
　　整套系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩部分組成，前者應(yīng)用先進(jìn)的探測(cè)器和獨(dú)特的電子學(xué)設(shè)計(jì)，使光譜分辨率大幅提高，兼顧了“看得廣”又“看得清”;后者憑借先進(jìn)的算法，實(shí)現(xiàn)了多種物質(zhì)光譜信息的分解，并可根據(jù)使用環(huán)境經(jīng)緯度、大氣、光照等因素自我校正，保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 
　　團(tuán)隊(duì)還將這些創(chuàng)新成果巧妙地整合為一個(gè)小型、輕量的整體，硬件設(shè)備總重不足4.5公斤，僅相當(dāng)于兩臺(tái)筆記本電腦的重量，既可搭載在直升機(jī)上，在2000米高空對(duì)整座山林進(jìn)行大面積掃描拍攝;也可搭載在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行低空作業(yè)，1小時(shí)內(nèi)就可完成對(duì)1萬(wàn)平方米農(nóng)田的土壤分析。
 
　　“目前系統(tǒng)已經(jīng)在中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心、紫金礦業(yè)集團(tuán)等單位投入使用，對(duì)比地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別精度大于80%，為進(jìn)一步進(jìn)行精確地質(zhì)礦物分析帶來(lái)極大便利！眻F(tuán)隊(duì)成員肖亮教授介紹，該系統(tǒng)在發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、環(huán)境污染物調(diào)查、物品鑒定等行業(yè)也能大顯身手，只需一張圖像，便能探明待測(cè)水域的污染物成分;或是待測(cè)土壤的成分、是否存在病蟲(chóng)害，為研究土壤特性與作物生長(zhǎng)間關(guān)系提供科學(xué)依據(jù);抑或是通過(guò)將待測(cè)物的光譜信息與標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，鑒別珠寶首飾的真?zhèn)蔚鹊取?/span>