一架普通的無(wú)人機(jī)緩緩升空,機(jī)腹下掛載著一個(gè)不足1公斤的相機(jī)。短短十幾分鐘,它就能“透視”1.5平方公里大地,包括森林是否有火災(zāi)、河流是否被污染、高壓線是否有隱患點(diǎn)……你也許會(huì)說,這有啥特別?這樣的“千里眼”早就習(xí)以為常了。但你不知道的是,以前的“千里眼”,只能見“肉眼所見”,現(xiàn)在的“千里眼”,卻能看見“肉眼不可見”。該“千里眼”就是西湖智能視覺科技(杭州)有限公司最新研發(fā)的高光譜相機(jī)。
“它可以精準(zhǔn)判斷林間冒出的云團(tuán),是煙還是霧;它可以指著一條清澈的河流告訴你,有人在排污;它甚至能細(xì)微到每一片樹葉,告訴你它是否缺水?!眲?chuàng)始人、西湖大學(xué)工學(xué)院感知與計(jì)算成像實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、博士生導(dǎo)師袁鑫說,它不只是“千里眼”,還是“火眼金睛”。“它采用‘單曝光壓縮光譜成像技術(shù)’,通過底層光學(xué)硬件和算法突破,推動(dòng)智能成像系統(tǒng)的革新,推出基于人工智能計(jì)算成像的新一代機(jī)器視覺感知系統(tǒng)?!?/p>
從山火預(yù)警到水域監(jiān)測(cè)
天剛蒙蒙亮,護(hù)林員就準(zhǔn)時(shí)起床背上“裝備”,帶上由手柄和橡膠條組成的森林滅火工具,穿行在山間小路,開始一天的巡山工作。清理路邊的雜草、枯枝落葉,對(duì)可能發(fā)生火災(zāi)的每一處細(xì)節(jié)進(jìn)行預(yù)判和處置。但即便護(hù)林員經(jīng)驗(yàn)再豐富,這個(gè)行業(yè)依然存在尚未被解決的“痛點(diǎn)”。比如,偌大的山林僅依靠幾人巡邏,難免有遺漏;比如,肉眼分辨晨霧和山火初期形成的煙霧,特別依賴?yán)鲜值慕?jīng)驗(yàn);再比如,24小時(shí)應(yīng)急響應(yīng),對(duì)護(hù)林員的精力、體力都是考驗(yàn)。
如今,困擾森林防護(hù)工作多年的難題,被高光譜相機(jī)破解。無(wú)人機(jī)搭載高光譜相機(jī)從森林上空飛過,僅需幾分鐘就能夠采集到監(jiān)測(cè)區(qū)域森林的高光譜圖像信息。山林間由于自然因素形成的薄霧和剛剛冒煙的山火,在高光譜相機(jī)的成像中,表現(xiàn)出的光譜波段截然不同,只要對(duì)波形稍加觀察,就能辨別山火和薄霧。
高光譜數(shù)據(jù)水體指數(shù)反演結(jié)果
同樣的情景也在水資源監(jiān)測(cè)領(lǐng)域上演。西湖大學(xué)云谷校區(qū),袁鑫實(shí)驗(yàn)室的科研人員要在不使用任何化學(xué)試劑、不采集水樣的情況下,完成對(duì)整個(gè)河道水質(zhì)的全面體檢?!伴_始掃描。”隨著指令下達(dá),搭載高光譜成像相機(jī)的無(wú)人機(jī)緩緩升空。它沿著河道勻速飛行。10分鐘后,隨著無(wú)人機(jī)平穩(wěn)降落,河道的“體檢報(bào)告”已經(jīng)生成。
水域監(jiān)測(cè)的原理和山火預(yù)警一樣,含有污染物的水域與水質(zhì)清澈的水域,在高光譜相機(jī)的成像中,呈現(xiàn)的波形和顏色都不一樣,因此只要稍作辨認(rèn),水質(zhì)的變化便可一目了然。
高光譜成像如何做到“火眼金睛”?
其實(shí),無(wú)論是衛(wèi)星云圖還是傳統(tǒng)的高光譜成像技術(shù),圖像采集早已算不上什么新鮮事。而高光譜成像技術(shù)相較于過去的圖像采集方法,一大突破在于“看得更清”,像是給相機(jī)裝上了“火眼金睛”。
當(dāng)氣象衛(wèi)星在距地800公里的軌道上掃描時(shí),它的多光譜傳感器僅能通過4-5個(gè)寬泛的光譜通道(如可見光、近紅外、熱紅外)來(lái)描繪地球輪廓。這種“粗顆?!钡挠^測(cè)方式,雖然能識(shí)別云層運(yùn)動(dòng)這樣的宏觀現(xiàn)象,卻無(wú)法識(shí)別地表物質(zhì)的微觀特征。而高光譜相機(jī)則能夠把光線分成100多種不同的光譜波段,圖像分辨率≥1024x1024像素,細(xì)節(jié)十分清晰。
100個(gè)光譜通道圖
“就像孫悟空用火眼金睛能看穿妖怪的變化,高光譜相機(jī)通過解析物質(zhì)的光譜特征,揭開了肉眼不可見的物質(zhì)真相。它的每個(gè)光譜波段都能捕捉物體對(duì)特定波長(zhǎng)光的反射特性。”袁鑫介紹,同樣是一片水域,高光譜成像相機(jī)能解析每一道波光中,哪些是藻類繁殖的征兆,哪些是重金屬污染的痕跡,哪些是“肉眼難辨”的化學(xué)物質(zhì)溶解特征。
如果你還對(duì)高光譜相機(jī)的“火眼金睛”感知不那么真切,那么不妨看看它在文物鑒寶領(lǐng)域的表現(xiàn)。古畫掛在那兒,紙黃墨舊,瞧著像是百年老物,其實(shí)肉眼真假難辨。此時(shí),高光譜相機(jī)上場(chǎng)。它不碰不摸,只需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)一掃,顏料的底細(xì)便可明了?!肮湃俗鳟?,青金石磨藍(lán),朱砂研紅,孔雀石取綠。這些顏料歷經(jīng)百年,在光譜上留下獨(dú)特的‘指紋’。新造的畫作的顏色和紋理,在高光譜成像相機(jī)中反射出的光譜波段與古畫截然不同,很容易便能發(fā)現(xiàn)偽造的痕跡。”袁鑫表示。
文物檢測(cè)高光譜曲線分析圖
據(jù)悉,目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)、電力巡檢等領(lǐng)域,并持續(xù)向工業(yè)質(zhì)檢、醫(yī)療科研等方向拓展,展現(xiàn)出巨大的行業(yè)變革潛力。
老子的《道德經(jīng)》:善者不彰,強(qiáng)者不爭(zhēng)
每天一句《道德經(jīng)》不言而善應(yīng) 不召而自來(lái)
「周末書單」一生一定要讀一次最美的十本中文書
免責(zé)聲明:本文內(nèi)容由開放的智能模型自動(dòng)生成,僅供參考。