緝毒超人-紅外高光譜成像儀應用于發現毒品種植區

機載紅外高光譜成像儀是一種高效的緝毒手段,應用于發現毒品(大麻,罌粟等等所有毒品植物)領域時,具有高效,準確,省時,節省人力,綜合成本低等優點。

原理

每一種植物都含有獨特的成分,不同的成分的光譜特征都是不同,即使像乙醛(CH?CHO)和乙醇(CH3CH2OH)這樣的化學結構很相似的無色液體(在可見光相機眼中,他們都是無色液體,無法區分),在高光譜成像儀眼中都是完全不同的物質,一個羥基的變化,多一個氧原子或者少任何一個原子,都會帶來物質的光譜特性的巨大變化。

所以在高光譜眼中,只要化學結構中相差哪怕一個原子,一個分子,光譜特性都會有巨大差別?;谶@個原理,我們能很容易的找到想找的任何物質。

效率高

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天宮一號有效載荷高光譜成像儀在多領域得到應用

高光譜成像儀是天宮一號搭載的有效載荷之一。在軌運行期間,多個應用單位利用它的“火眼金睛”開展了地質調查、礦產和油氣資源勘查、森林監測、水文生態監測、環境污染監測分析等,取得了豐碩的成果。

高光譜成像儀由中科院長春精密機械與物理研究所和上海技術物理研究所共同研制,是目前我國空間分辨率和光譜綜合指標最高的空間光譜成像儀,在空間分辨率、波段范圍、波段數目以及地物分類等方面達到了國際同類遙感器先進水平。

“在天宮一號目標飛行器上安排高光譜遙感對地觀測,主要是利用高光譜成像儀‘圖譜合一’的特點以及在地表覆蓋識別能力、蘊含地物光譜信息等方面優勢,有針對性開展研究?!陛d人航天工程空間應用系統副總設計師張善從介紹說。

在林業方面,高光譜成像儀在森林覆蓋制圖與變化監測方面有廣闊的應用前景。由于空間遙感可以獲得較大范圍的數據,因此利用遙感數據可較好地估算森林的生物量和碳儲量。

高光譜成像儀在森林防火中發揮著重要作用。目前我國森林防火主要應用的是中低空間分辨率、高時間分辨率的衛星數據,對于較大面積火場非常敏感,但對燃燒初期的明火通常較難探測到。天宮一號高光譜成像儀可同時獲取不同波譜范圍的數據,更好地滿足我國森林防火預警撲救的需求。

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高光譜成像技術在文件鑒別領域的應用

圖片:利用高光譜成像軟件對貨幣進行油墨鑒別

 

西南法醫證件檢查協會(SWAFDE)是一個區域性組織。它定期為全美國法醫證件審查員提供技術交流會議。

下一次西南法醫證件檢查協會會議將在2013年4月7號美國圣迭戈舉行。SOC公司計劃參加,并展示先進的高光譜成像光譜儀。

  高光譜成像光譜儀,作為一種無損檢測工具,能在非接觸的條件下,提供文件的任意光譜影像,使得法醫證件審查員能夠依據樣品的光譜構成和獨有特征,更清晰準確的鑒別文件真偽。具體的,高光譜成像光譜儀在文件鑒別領域具有以下功能:
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監測農作物生長

在精細農業方面,我們和日本合作做的一個實驗,也是高光譜技術應用的一個非常經典的例子:用高光譜數據來監測作物生長狀況。其實,高光譜遙感技術不僅能夠監測作物的生長狀況,還可以對任何一種作物的種植面積等情況進行調查,給政府決策提供依據。

除了調查作物的品種、類型、種植面積等以外,還可以做到作物的葉綠素、氮磷鉀含量的調查,但后者還正在研究之中,不是非常成熟。

高光譜成像儀運用到軍事上,能讓目標無法隱藏

高光譜遙感的區分能力在軍事上運用是很強大的,所以它很大的一個用處就是軍事用途。比如,你看到一個綠色的網,拍一般的圖片,看起來都是一樣的,但高光譜一看,就它能發現隱蔽的哨所、坦克、偽裝起來的軍事設施。

美國人強調定點攻擊,它想在晚上攻擊一些重要的工業基礎設施,比如煉油廠之類的,這時高光譜遙感技術就能派上大用場。通常情況下,居民樓的光線和工業區的燈光是不一樣的,如果光譜議能夠把光線的曲線探測到,就可以根據夜間光譜光線亮度的情況,知道這塊區域是居民區,還是工業區。

還有偽裝,高光譜遙感技術能讓一切的偽裝現出原形,這種功能是多光譜遙感也無法實現的。

我們小時看的電影《地雷戰》有一個情景:民兵把地雷埋下去以后,拿樹枝掃一下地面,讓埋藏地雷的地方看起來和周圍一樣。還有的干脆把鞋脫了,輕輕的在藏地雷那地方壓一個鞋印,以迷惑敵人?,F在,這種偽裝一點用也沒有,高光譜遙感技術能把一個個地雷的位置找到。

它是怎么找到呢?因為土壤挖開之后再回填回去,土壤的結構變了,水分也變了,高光譜遙感就是根據這種細微的土質的變化,發現地雷的藏身地。

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探礦

在地礦調查中,高光譜遙感技術也可以給地址工作者提供幫助。以前地質學家做地礦調查非常辛苦,背一個書包,拿一個羅盤,別人調侃說搞地質的人,遠看是個要飯的,近看是搞勘探的。他們出去到野外考察,一住可能就是好幾天,然后花很大的氣力把采集到得礦物標本背回來。因為要做礦物填圖,要沿著這個地方走一圈,走一段一看地層變化了,就敲一塊往包里一裝,然后把位置記下來,回來后做化學成份分析,最后把它標到圖上去,位置是在哪發現的,才能把圖填出來。

有了光譜議,他們的工作減輕了很多,不用再花那么大的力氣背礦石標本,只要到了那個地方用光譜議一照,就能獲得巖石的一條光譜曲線,回來后根據光譜曲線一分析,就能知道那個地方有什么礦,是怎么分布的。

紅外光譜儀的發展歷程

在過去的50多年里,近紅外光譜儀經歷了如下幾個發展階段:

★第一臺近紅外光譜儀的分光系統(50年代后期)是濾光片分光系統,測量樣品必須預先干燥,使其水分含量小于15%,然后樣品經磨碎,使其粒徑小于1毫米,并裝樣品池。此類儀器只能在單一或少數幾個波長下測定(非連續波長),靈活性差,而且波長穩定性、重現性差,如樣品的基體發生變化,往往會引起較大的測量誤差!“濾光片”被稱為第一代分光技術。

★70年代中期至80年代,光柵掃描分光系統開始應用,但存在以下不足:掃描速度慢、波長重現性差,內部移動部件多。此類儀器最大的弱點是光柵或反光鏡的機械軸長時間連續使用容易磨損,影響波長的精度和重現性,不適合作為過程分析儀器使用?!肮鈻拧北环Q為第二代分光技術。

★80年代中后期至90年代中前期,應用“傅立葉變換”分光系統,但是由于干涉計中動鏡的存在,儀器的在線可靠性受到限制,特別是對儀器的使用和放置環境有嚴格要求,比如室溫、濕度、雜散光、震動等?!案盗⑷~變換”被稱為第三代分光技術。

★90年代中期,開始有了應用二極管陣列技術的近紅外光譜儀,這種近紅外光譜儀采用固定光柵掃描方式,儀器的波長范圍和分辨率有限,波長通常不超過 … 閱讀全文