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)場取樣，在實驗室運用物理化學(xué)方法進行檢測的場景。如果能有《西游記》中孫悟空的“火眼金睛”，只需看一眼便能識別出大面積區(qū)域內(nèi)待檢測物質(zhì)的成分，將大大節(jié)省投入到傳統(tǒng)檢測過程中的時間和精力。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實驗室研制的“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。近日，該系統(tǒng)在第二屆中國軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽中獲銅獎，全國816個項目中，以高校為單位申報的項目僅有3項獲獎。

　　世間萬物在光下均會呈現(xiàn)自己獨有的光譜曲線，它們像“身份證”一樣標(biāo)識了不同的物質(zhì)。利用這一特性，科研人員可以反推光譜信息來源于哪些物質(zhì)。然而，能夠被人眼或是普通相機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，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微差別，這可能會誤導(dǎo)物質(zhì)鑒別的結(jié)果;二是在采集大面積待測區(qū)域的光譜信息時，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實驗室科研團隊經(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)用了先進探測器和獨特的電子學(xué)設(shè)計，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4納米，僅僅相當(dāng)于一張紙厚度的萬分之一，兼顧了“看得廣”又“看得清”;后者憑借先進的算法，實現(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，團隊獨創(chuàng)的光電系統(tǒng)設(shè)計思路，將這些創(chuàng)新成果巧妙地整合為一個小型、輕量的整體，硬件設(shè)備總重不足4.5公斤，僅相當(dāng)于兩臺筆記本電腦的重量，如此“小巧玲瓏”，既可搭載在直升機上，在2000米高空對整座山林進行大面積掃描拍攝;也可搭載在無人機上進行低空作業(yè)，1小時內(nèi)就可完成對1萬平方米農(nóng)田的土壤分析，而傳統(tǒng)的測試方法需要多名科研人員耗時數(shù)日;還可以在桌面上對地質(zhì)勘探樣本進行分析，可謂“上天入地、無所不適”。

　　據(jù)團隊肖亮教授介紹，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)了實際應(yīng)用需求與高校科研能力的完美契合。目前系統(tǒng)已經(jīng)在中國國土資源航空物探遙感中心、紫金礦業(yè)集團等單位投入使用，對比地面實測數(shù)據(jù)識別精度大于80%，為進一步進行精確地質(zhì)礦物分析帶來極大便利。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，便能探明待測水域的污染物成分;或是待測土壤的成分、是否存在病蟲害，為研究土壤特性與作物生長間關(guān)系提供科學(xué)依據(jù);亦或是通過將待測物的光譜信息與標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫進行比對，鑒別珠寶首飾的真?zhèn)蔚鹊?。未來，整套系統(tǒng)還將不斷提升智能分析、機器學(xué)習(xí)的能力，簡化科研人員解讀光譜信息的過程，實現(xiàn)“一鍵式”得出分析結(jié)果。