提到地質(zhì)勘探、環(huán)境調(diào)查，人們首先聯(lián)想到的往往是研究人員在現(xiàn)場(chǎng)取樣，在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用物理化學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)的場(chǎng)景。如果能有《西游記》中孫悟空的“火眼金睛”，只需看一眼便能識(shí)別出大面積區(qū)域內(nèi)待檢測(cè)物質(zhì)的成分，將大大節(jié)省投入到傳統(tǒng)檢測(cè)過程中的時(shí)間和精力。南京理工大學(xué)與南京地質(zhì)調(diào)查中心聯(lián)合建設(shè)的江蘇省光譜成像與智能感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的“遙感地質(zhì)應(yīng)用微型高光譜成像儀與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”便將這一設(shè)想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。近日，該系統(tǒng)在第二屆中國(guó)軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽中獲銅獎(jiǎng)，全國(guó)816個(gè)項(xiàng)目中，以高校為單位申報(bào)的項(xiàng)目?jī)H有3項(xiàng)獲獎(jiǎng)。

　　世間萬(wàn)物在光下均會(huì)呈現(xiàn)自己獨(dú)有的光譜曲線，它們像“身份證”一樣標(biāo)識(shí)了不同的物質(zhì)。利用這一特性，科研人員可以反推光譜信息來(lái)源于哪些物質(zhì)。然而，能夠被人眼或是普通相機(jī)捕捉到的光譜波段是有限的，可見光波段之外的許多光譜，如近紅外、短波紅外等則只能借助高光譜成像儀這樣的設(shè)備采集。

　　近年來(lái)，高光譜成像儀器的研制一直是科研人員們傾力攻關(guān)的熱門領(lǐng)域，但仍存在著兩大難題難以破解，一是提高光譜分辨率的難度高，低分辨率下不同物質(zhì)的光譜曲線相似度高，科研人員很難區(qū)分不同光譜信息間的細(xì)微差別，這可能會(huì)誤導(dǎo)物質(zhì)鑒別的結(jié)果;二是在采集大面積待測(cè)區(qū)域的光譜信息時(shí)，單位像素中多種物質(zhì)混雜，不易得到各類純物質(zhì)的光譜信息。

　　江蘇省光譜成像與智能感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過5年的努力，以“微型高光譜成像儀與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”成功攻克了兩大難題。整套系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩部分組成，前者應(yīng)用了先進(jìn)探測(cè)器和獨(dú)特的電子學(xué)設(shè)計(jì)，將人眼的可見波段范圍由400-760納米拓展到400-2500納米，更以創(chuàng)新工藝制造出的專有分光器件，使光譜分辨率最大可達(dá)4納米，僅僅相當(dāng)于一張紙厚度的萬(wàn)分之一，兼顧了“看得廣”又“看得清”;后者憑借先進(jìn)的算法，實(shí)現(xiàn)了多種物質(zhì)光譜信息的“解混”，并可根據(jù)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(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　此外，團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，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(shè)備總重不足4.5公斤，僅相當(dāng)于兩臺(tái)筆記本電腦的重量，如此“小巧玲瓏”，既可搭載在直升機(jī)上，在2000米高空對(duì)整座山林進(jìn)行大面積掃描拍攝;也可搭載在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行低空作業(yè)，1小時(shí)內(nèi)就可完成對(duì)1萬(wàn)平方米農(nóng)田的土壤分析，而傳統(tǒng)的測(cè)試方法需要多名科研人員耗時(shí)數(shù)日;還可以在桌面上對(duì)地質(zhì)勘探樣本進(jìn)行分析，可謂“上天入地、無(wú)所不適”。

　　據(jù)團(tuán)隊(duì)肖亮教授介紹，整套系統(tǒng)是學(xué)校與南京地質(zhì)調(diào)查中心產(chǎn)學(xué)研合作與協(xié)同創(chuàng)新的成果，體現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用需求與高?？蒲心芰Φ耐昝榔鹾?。目前系統(tǒng)已經(jīng)在中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心、紫金礦業(yè)集團(tuán)等單位投入使用，對(duì)比地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)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。此外，該系統(tǒng)在發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、環(huán)境污染物調(diào)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(cè)水域的污染物成分;或是待測(cè)土壤的成分、是否存在病蟲害，為研究土壤特性與作物生長(zhǎng)間關(guān)系提供科學(xué)依據(jù);亦或是通過將待測(cè)物的光譜信息與標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，鑒別珠寶首飾的真?zhèn)蔚鹊?。未?lái)，整套系統(tǒng)還將不斷提升智能分析、機(jī)器學(xué)習(xí)的能力，簡(jiǎn)化科研人員解讀光譜信息的過程，實(shí)現(xiàn)“一鍵式”得出分析結(jié)果。