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“火眼金睛”的高光谱遥感,能用来做什么?

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2019-06-03


看记录片《我在故宫修文物》有一场景印象深刻:

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高光谱扫描仪。

 

高光谱遥感技术为何能“穿透”探测

 

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。

 

根据诸多研究表明,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。甚至达到“穿透”探测的效果。


以下为飞燕遥感高光谱影像案例:

 

高光谱主图.jpg


高光谱遥感特点

 

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。

 

当你看这篇文章时,你的眼睛会看到反射的能量。但计算机可以通过三个通道看到它:红色、绿色和蓝色。

 

如果你是一条金鱼,你会看到不同的光。金鱼可以看到人眼看不见的红外辐射。

 

大黄蜂可以看到紫外线。同样,人类无法用我们眼睛看到紫外线辐射。

 

试想,如果我们能够同时拥有人类、金鱼和大黄蜂的眼睛去看世界,那将会是什么样?实际上,现在可以使用多光谱和高光谱传感器来实现。

 

我们能用高光谱遥感技术做什么?

 

1、高光谱遥感技术在文物保护方面的应用

 

高光谱分析技术可用作鉴别文物,修复文物。它本身不损害文物本体,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。

 

高光谱技术甚至可以看出不同颜料产地光谱曲线的差异,据此科技人员居然还能反推出颜料的产地。

 

如纪录片《我在故宫修文物》中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。

 

2、高光谱遥感技术能被合理运用到农业方面

 

用高光谱图像估测牧草粗蛋白含量,研究为大面积粗蛋白含量的遥感反演及精准畜牧业的高效实施提供技术依据,也为今后智慧畜牧业的发展提供参考。

 

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。

 

3、高光谱遥感技术进行黑臭水体监测

 

高光谱遥感技术可以对不同污染程度和不同污染来源的黑臭水体进行区分。

 

利用高光谱数据对内陆水质开展水华和水生高等植物的识别,从而对水质分布情况进行监测,也是高光谱遥感的重要应用。通过将不同种类的水体信息进行传输,提升了了城市智能治水的能力。

 

黑臭水体监测2.jpg

黑臭水体监测

 

4、高光谱遥感技术还可以为地质学家提供帮助

 

以前,地质学家野外考察时,背着包、拿着罗盘,需要花很大气力把采集到的矿物标本一一背回来进行研究。

 

而自从有了高光谱仪器,他们只要到一个地方用高光谱仪器扫描一下,就可以获得岩石的一条光谱曲线,从野外回来后根据光谱曲线进行分析,可以知道这个地方矿物分布种类以及区域。

 

高光谱这双“火眼金睛”

 

地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征,光谱被看作是辨别物质的“指纹”。高光谱则是协助我们看清这些“指纹”的“有色眼镜”。

 

从宏观上,高光谱遥感实现了从“定性到定量”遥感地观测,在地矿、农业、林业、环保、军事等领域有独特的技术优势,是对地观测领域的国家重大需求。

 

从微观上,高光谱遥感能分辨出观测物质的分子和原子结构,能够探测人眼无法看到的大量信息,提高人们对物质成分的认知,使高光谱遥感由“高大上”走入生活。高光谱遥感检测技术已经在食品安全、文物鉴定等应用领域得到了广泛认可。


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