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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]
世間萬物均會呈現(xiàn)自己獨有的光譜曲線，利用這一特性，科研人員可以根據(jù)光譜信息識別物質。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。
提到地質勘探、環(huán)境調查，人們腦海中呈現(xiàn)出的往往是研究人員現(xiàn)場取樣、送到實驗室檢測的場景。如果能有孫悟空的“火眼金睛”，只需看一眼便能識別出大面積區(qū)域內待檢測物質的成分，豈不節(jié)省時間和精力?南京理工大學的一項產學研成果將這個設想變成了現(xiàn)實。在日前舉行的第二屆中國軍民兩用技術創(chuàng)新應用大賽中，這項成果獲銅獎，成為全國816個項目中高校獲獎的3項成果之一。
世間萬物均會呈現(xiàn)自己獨有的光譜曲線，利用這一特性，科研人員可以根據(jù)光譜信息識別物質。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，高光譜成像儀的研制一直是科研人員們傾力攻關的熱門領域，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的光譜曲線相似度高，很難區(qū)分，會誤導鑒別結果;二是在采集大面積待測區(qū)域的光譜信息時，單位像素中多種物質混雜，不易得到各類純物質的光譜信息。
南京理工大學與南京地質調查中心聯(lián)合建設的江蘇省光譜成像與智能感知重點實驗室，經(jīng)過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)由硬件設備和軟件系統(tǒng)兩部分組成，前者應用先進的探測器和獨特的電子學設計，使光譜分辨率大幅提高，兼顧了“看得廣”又“看得清”;后者憑借先進的算法，實現(xiàn)了多種物質光譜信息的分解，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，保證分析結果的準確性。
團隊還將這些創(chuàng)新成果巧妙地整合為一個小型、輕量的整體，硬件設備總重不足4.5公斤，僅相當于兩臺筆記本電腦的重量，既可搭載在直升機上，在2000米高空對整座山林進行大面積掃描拍攝;也可搭載在無人機上進行低空作業(yè)，1小時內就可完成對1萬平方米農田的土壤分析。
“目前系統(tǒng)已經(jīng)在中國國土資源航空物探遙感中心、紫金礦業(yè)集團等單位投入使用，對比地面實測數(shù)據(jù)識別精度大于80%，為進一步進行精確地質礦物分析帶來極大便利�！眻F隊成員肖亮教授介紹，該系統(tǒng)在發(fā)展精準農業(yè)、環(huán)境污染物調查、物品鑒定等行業(yè)也能大顯身手，只需一張圖像，便能探明待測水域的污染物成分;或是待測土壤的成分、是否存在病蟲害，為研究土壤特性與作物生長間關系提供科學依據(jù);抑或是通過將待測物的光譜信息與標準光譜數(shù)據(jù)庫進行比對，鑒別珠寶首飾的真?zhèn)蔚鹊取?/span>
提到地質勘探、環(huán)境調查，人們腦海中呈現(xiàn)出的往往是研究人員現(xiàn)場取樣、送到實驗室檢測的場景。如果能有孫悟空的“火眼金睛”，只需看一眼便能識別出大面積區(qū)域內待檢測物質的成分，豈不節(jié)省時間和精力?南京理工大學的一項產學研成果將這個設想變成了現(xiàn)實。在日前舉行的第二屆中國軍民兩用技術創(chuàng)新應用大賽中，這項成果獲銅獎，成為全國816個項目中高校獲獎的3項成果之一。
世間萬物均會呈現(xiàn)自己獨有的光譜曲線，利用這一特性，科研人員可以根據(jù)光譜信息識別物質。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，高光譜成像儀的研制一直是科研人員們傾力攻關的熱門領域，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的光譜曲線相似度高，很難區(qū)分，會誤導鑒別結果;二是在采集大面積待測區(qū)域的光譜信息時，單位像素中多種物質混雜，不易得到各類純物質的光譜信息。
南京理工大學與南京地質調查中心聯(lián)合建設的江蘇省光譜成像與智能感知重點實驗室，經(jīng)過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)由硬件設備和軟件系統(tǒng)兩部分組成，前者應用先進的探測器和獨特的電子學設計，使光譜分辨率大幅提高，兼顧了“看得廣”又“看得清”;后者憑借先進的算法，實現(xiàn)了多種物質光譜信息的分解，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，保證分析結果的準確性。
團隊還將這些創(chuàng)新成果巧妙地整合為一個小型、輕量的整體，硬件設備總重不足4.5公斤，僅相當于兩臺筆記本電腦的重量，既可搭載在直升機上，在2000米高空對整座山林進行大面積掃描拍攝;也可搭載在無人機上進行低空作業(yè)，1小時內就可完成對1萬平方米農田的土壤分析。
“目前系統(tǒng)已經(jīng)在中國國土資源航空物探遙感中心、紫金礦業(yè)集團等單位投入使用，對比地面實測數(shù)據(jù)識別精度大于80%，為進一步進行精確地質礦物分析帶來極大便利�！眻F隊成員肖亮教授介紹，該系統(tǒng)在發(fā)展精準農業(yè)、環(huán)境污染物調查、物品鑒定等行業(yè)也能大顯身手，只需一張圖像，便能探明待測水域的污染物成分;或是待測土壤的成分、是否存在病蟲害，為研究土壤特性與作物生長間關系提供科學依據(jù);抑或是通過將待測物的光譜信息與標準光譜數(shù)據(jù)庫進行比對，鑒別珠寶首飾的真?zhèn)蔚鹊取?/span>
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