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导读:澳大利亚工程院院士张立人对其团队研发的深蓝智谱高光谱遥感平台进行了介绍,并就未来微型高光谱测量仪的研发方向进行了概述。
高光谱遥感技术作为一项基于融合光谱和遥感两项技术的新兴科技,正在数字经济的发展中彰显出无限的可能性与活力。在日前召开的空天信息与数字经济创新发展论坛上,澳大利亚工程院院士张立人对高光谱遥感技术及应用进行了介绍,并表示在学科交叉融合的背景下,高光谱遥感技术研究将融合5G 物联网和云计算综合平台不断为产业发展和市场需求服务。
高光谱成像技术则结合了光谱技术和成像技术,将光谱分辨能力和图形分辨能力相结合,造就空间维度上的面光谱分析。再借助遥感技术对物体进行高光谱成像分析,形成每一个物体独一无二的“指纹”,借助这一“指纹”,物体的物理结构、化学成分等指标得以进行独一无二的呈现。
在此项技术的基础之上,张立人团队研发出了深蓝智谱高光谱遥感平台。“这项技术多机协同、灵活机动并且成本较低;运用5G 物联网平台+ 云计算+ 数据库,打破地域限制,大大缩短了数据处理时间;除此之外,根据不同需求,30~500米之内灵活可测。”张立人介绍道。除此之外,团队还实现了GPS网格化同步,将亚米级卫星图谱拓展至了厘米级精度。
技术一定要应用于实际 在市场中实现不断完善
张立人认为,技术一定要应用于实际,在市场中实现不断完善。目前,该团队将高光谱遥感技术应用于小麦的田野上,实现了让小麦条锈病“无处遁形”。
小麦条锈病是世界范围内最重要的小麦病害之一,也是影响中国小麦安全生产的重要生物灾害,小麦条锈病具有潜伏侵染的特点, 所以若能对其潜育期实现快速识别及检测, 则对病害的防控、农药的安全使用、环境的保护等具有重大意义。
过去防治条锈病的措施多为大田喷药、带药侦察等,现有的侦察技术不仅病害诊断和识别技术具有滞后性。“于是我们想到了用高光谱遥感技术对早期的小麦条锈病进行识别,”张立人介绍到,“早期小麦叶片上用肉眼看不见的东西,在光谱的帮助下无处遁形。首先通过对目标区麦田进行遥感成像,再预处理综合光谱特征,消除光照角度、阴影、背景等因素,得到目标区的高光谱图像,进一步利用超级像素团分割不同类似条锈病的高光谱数据,对提取分割后的目标物光谱特征的能量概率分布进行归一化处理,融合得到条锈病的高光谱特征,以此作为标准,就能迅速匹配识别出早期的条锈病小麦株。”
在此过程中,团队创造并使用了三项核心技术:采用窗口滚动式的多模态数据取样,进一步增强了有效性和实时性;运用多元贝叶斯学习模型动态估算温度、湿度、风向等干扰因素权重;将时-频域跳转算法应用于小型无人机载的高光谱遥感成像,利用高光谱遥感的测量数据实现小麦条锈病菌的精准捕捉。
除了麦田,高光谱遥感技术在南半球的葡萄田间也发挥着妙用。葡萄的丹宁成分含量高低是影响葡萄酒品质高低的重要因素,通过高光谱遥感技术对葡萄属的含氮量进行分析,再反演出葡萄的丹宁含量分布,实现了从人工品尝到用高光谱技术推演的跨越,让葡萄的含丹宁量更加可视,也让葡萄酒的品质更加可控。“除此之外,还能用高光谱遥感技术结合无人机进行水质遥感检测,从陆地到河海,从农业到工业,万物的‘指纹’用途十分广泛。”张立人总结道。
更小更轻更便捷 让高光谱走进千家万户
下一步,张立人团队打算开发微型高光谱测量仪,在深蓝智谱微型高光谱检测技术发展项目基础上,让高光谱走进千家万户。
基于高光谱遥感能分辨出观测物质分子或元素的光谱特性,团队致力于将微型高光谱遥感结合5G物联网和云计算综合平台进行研发和应用,使其更加机动灵活、方便快捷、安全可靠并成本低廉。进一步让测量仪更加便捷轻便,走进人民大众的日常生活,有助于让更多的家庭享受到技术的便利。
微型高光谱遥感的应用将非常广泛,通过将微型化的设备嵌入智能手机系统。在进行光谱采集和储存传输的预处理技术后,再在数据分析和云处理的帮助下实现数据处理,最终通过手机APP让技术在终端得以实现。在未来,微型高光谱遥感设备在检测食品的添加剂含量、辨识真酒假酒、测量农药残留、进行文物鉴定等场景下都将发挥出巨大的作用。
在水果市场上,利用高光谱遥感技术明确水果甜度,便利了消费者的购物行为的同时,也有利于水果商提前规划运输周期,以防治出现因为甜度过高运输过程中自然腐烂的情况等。高光谱加美容也是未来的一大发展方向,通过高光谱成像检测人脸的瑕疵,进一步对其化妆品适宜性进行测评,从而提出个性化的护肤养颜建议。试想在未来,通过一个小小的机器就可以清楚地看到食品新鲜与否、物品是真是假、水质是好是坏,无疑能进一步优化人们的生活质量。
张立人进一步强调:“商业成功是检验技术成功的唯一标准,永远要重视市场,将技术应用在市场中。”这是他的信念,更是他对高光谱遥感技术研发和发展的要求。
来源于:仪器信息网
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