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高光谱仪器发展前景可期 未来可用于检测雾霾
发表于2017-3-22 19:02:11    浏览次数:1339
不同物质有它独属的“指纹光谱”,高光谱遥感技术可准确捕获这一重要信息,提高人眼及遥感观测能力。
看过纪录片《我在故宫修文物》的观众或许会对如下场景有印象:技术人员用一台仪器扫描古字画,扫描信息经过专业处理后,文物修复专家就能发现字画上肉眼看不见的信息,甚至还能分析出绘画技法和当时用的颜料。
这台神奇的仪器就是中科院遥感与数字地球研究所(以下简称中科院遥感地球所)研发的高光谱扫描仪。高光谱遥感为何有如此的超能力?除文物检测修复外还有哪些应用?我国在高光谱遥感领域的研发水平又如何?
利用高光谱技术能提取古画的颜料信息,推算颜料产地,从而能在修复时精准选用颜料
人们日常生活中所见的光,是由多种颜色构成的复色光,通过棱镜等分光后显现的是单色光。这些单色光按不同波长(或频率)大小依次排列形成的图案,就是光谱。
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。

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