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    微型高光譜成像儀與數據分析系統成功研制

    [2017/10/25]

        世間萬(wàn)物均會(huì )呈現自己獨有的光譜曲線(xiàn)，利用這一特性，科研人員可以根據光譜信息識別物質(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)境調查，人們腦海中呈現出的往往是研究人員現場(chǎng)取樣、送到實(shí)驗室檢測的場(chǎng)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域內待檢測物質(zhì)的成分，豈不節省時(shí)間和精力?南京理工大學(xué)的一項產(chǎn)學(xué)研成果將這個(gè)設想變成了現實(shí)。在日前舉行的第二屆中國軍民兩用技術(shù)創(chuàng )新應用大賽中，這項成果獲銅獎，成為全國816個(gè)項目中高校獲獎的3項成果之一。
     
    　　世間萬(wàn)物均會(huì )呈現自己獨有的光譜曲線(xiàn)，利用這一特性，科研人員可以根據光譜信息識別物質(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(xiàn)相似度高，很難區分，會(huì )誤導鑒別結果;二是在采集大面積待測區域的光譜信息時(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)調查中心聯(lián)合建設的江蘇省光譜成像與智能感知重點(diǎn)實(shí)驗室，經(jīng)過(guò)5年努力，以“微型高光譜成像儀與數據分析系統”成功攻克了這兩大難題。
     
    　　整套系統由硬件設備和軟件系統兩部分組成，前者應用先進(jìn)的探測器和獨特的電子學(xué)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(jìn)的算法，實(shí)現了多種物質(zhì)光譜信息的分解，并可根據使用環(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(gè)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(jìn)行大面積掃描拍攝;也可搭載在無(wú)人機上進(jìn)行低空作業(yè)，1小時(shí)內就可完成對1萬(wàn)平方米農田的土壤分析。
     
    　　“目前系統已經(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(shí)測數據識別精度大于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隊成員肖亮教授介紹，該系統在發(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(chóng)害，為研究土壤特性與作物生長(cháng)間關(guān)系提供科學(xué)依據;抑或是通過(guò)將待測物的光譜信息與標準光譜數據庫進(jìn)行比對，鑒別珠寶首飾的真偽等等。
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