发帖
雷达卡
光谱分析是人类借助光认知世界的重要方式，地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为辨别物质的“指纹”。如果说肉眼光学成像能看到物质的形状、尺寸等信息，光谱分析则能获取物质的成分信息。
要获取更丰富、精细的物质成分信息，除了提升分光系统性能外，还可以改进分光方法、呈现方式等——高光谱遥感就是这样一种思路。中科院遥感地球所高光谱遥感研究室主任张立福介绍说，高光谱遥感的特点是能在可见光到短波红外的光谱区间连续成像，传统的彩色相机只能记录红绿蓝三个通道的影像，且每个通道的带宽很宽，而高光谱成像所记录的通道数量可以达到数百个，且光谱通道很窄，分辨率很高，其光谱探测范围远远超过了人类肉眼的感知范围，能够探测人眼无法看到的大量信息，提高人们对自然和物质的认识。
因为能在非常窄的光谱波段内获取丰富的信息，利用高光谱技术获取的信息分辨率很高，甚至能分辨出观测物质的分子和原子结构，这是普通的光学遥感所达不到的。
如何运用高光谱技术鉴定、修复古字画？在中科院遥感地球所高光谱研究室实验室，张立福画了一张图，并为记者解释高光谱遥感成像的原理：高光谱仪器扫描字画表面，获取图像上每个点的光谱数据；因为高光谱连续成像的特征，能够获得目标数百张不同波长的图像，这些图像叠加起来，在三维空间上就能形成一个图像立方体，将每个像素对应的数百张数字图像的数值连接起来，就成为一条光谱曲线。
“不同物质甚至不同年代的物质反映出的光谱信息也有差异，也就是有一条独属于它的‘指纹’光谱。如果两个物体的成分信息一致，得出来的曲线应该基本吻合；如果某一条曲线的局部有较大波动，就能推算出其中有异常。”张立福说。
中国古书画所用材料，大多为绢和纸，质地纤薄，年代久远容易破损、掉色。高光谱分析技术不损害文物本体，能帮助修复专家了解古书画的颜料组成、绘画技法，甚至能及早发现书画潜在的病害信息。
借助高光谱技术可检测果蔬农药残留，未来还可能随时检测雾霾
高光谱这双“火眼金睛”的本领可不仅仅是帮助鉴定、修复文物。因其能呈现人眼看不到的细节、辨别不同成分的物质，因此该技术在国防军事、精准农业、水环境监测、地矿勘察等领域都有广阔应用价值。
在中科院遥感地球所高光谱研究室实验室，张立福向记者展示了一盆绿萝。从表面看，这盆绿萝的叶子没有什么特别之处，但经过高光谱仪的“眼睛”观察，一块白色区域就在电子屏上显示出来。“绿萝中有几片塑料做的叶子，肉眼几乎难以发现，但由于它和正常叶子的光谱信息有很大差别，就躲不过高光谱的‘眼睛’。”
利用该原理，高光谱还能用在果蔬农药残留的检测上。有没有残留农药、残留多少农药，呈现的光谱特征会有细微的差别，通过分析这些差别，专业人员就能做出科学的判断。
相较于传统食品安全取样化验等检测方式，高光谱技术检测具有无接触、无损伤的优点，可以大大提升检测效率。此外，根据不同生长日期或产地的果蔬光谱特征也不同的原理，高光谱技术还能用于检测果蔬新鲜度、进行产地溯源等。
基于高光谱原理，科研人员目前正在研发可供智能手机使用的高光谱检测应用系统。他希望未来手机有高光谱检测功能，结合云计算、大数据，人们能够随时随地用手机快速检测食品安全问题。这样，农民拿手机就能检测果蔬病虫害信息，并把这些数据发送到云端，后方科研人员可以根据这些信息预知哪里可能爆发病虫害。
“从果蔬农药残留检测到化妆品重金属检测，水体、土壤等环境污染监测，再到牙齿、皮肤等医学检测，高光谱技术应用有很大的想象空间。”张立福说，不同空气颗粒反射的光谱不同，未来人们甚至都能通过手机及时、准确地监测雾霾。
高光谱技术属于遥感技术范畴。通常人们提到遥感，就往往联想到卫星遥感、航空遥感等，认为遥感和老百姓的日常生活没有直接关系，其实不然。3S技术(地理信息系统、全球定位系统、遥感)中，前两个“S”已经与人们的生活息息相关，人们已在手机中普遍应用，现在缺少的是第三个“S”与老百姓的生活关联起来。高光谱遥感技术的应用，表明遥感技术正在走进人们的生活。“我们所做的，就是要使高光谱遥感技术飞入寻常百姓家。遥感与智能手机的结合，将使‘遥感’无处不在。”
我国在高光谱遥感研究上处于国际领先地位
巨大的应用前景，使高光谱遥感技术成为当前国际上遥感技术的前沿领域。
据专家介绍，我国在高光谱遥感研究上，处于国际领先地位。
上世纪90年代，中国科学院遥感应用研究所与上海技术物理研究所合作，研制了系列航空高光谱传感器，并前往日本、澳大利亚、马来西亚等国进行国际合作，为当地环境、农业、海洋、地质等领域的研究提供了重要数据，受到高度评价。
受制于科研经费支持等原因，本世纪初我国高光谱研究一度发展缓慢。近年来我国加大了对高光谱的支持力度，科研人员也取得了一系列成果。他介绍，我国在高光谱基础研究及信息数据积累等方面走在国际前列；同时，科研人员不断扩大高光谱的应用领域，在成像光谱地面测量与光谱图像模拟、高光谱图像智能处理与信息提取、新的应用领域拓展等多方面取得了系列国际领先的研究。
“我国在高光谱技术方面有较强的积累，但光谱仪器的一些关键器件还需要进口，一定程度上影响了我国高光谱技术应用的自主性。”高端科学仪器设备制造方面的不足与我国在材料学、制造工艺等方面整体水平不高有关，他呼吁我国有更多的、不同领域的科研人员参与到高光谱的研发中，提高光谱仪器制造能力，使我国成为高光谱研究强国。
京公网安备 11010802022788号
