西湖大學孵化出“千里眼” 高光譜成像“火眼金睛”洞悉萬物隱情-文化-漫步新聞-陪你看看

一架普通的無人機緩緩升空，機腹下掛載着一個不足1公斤的相機。短短十幾分鍾，它就能“透視”1.5平方公里大地，包括森林是否有火災、河流是否被污染、高壓線是否有隱患點……你也許會說，這有啥特別？這樣的“千里眼”早就習以爲常了。但你不知道的是，以前的“千里眼”，只能見“肉眼所見”，現在的“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）有限公司最新研發的高光譜相機。

“它可以精準判斷林間冒出的雲團，是煙還是霧；它可以指着一條清澈的河流告訴你，有人在排污；它甚至能細微到每一片樹葉，告訴你它是否缺水。”創始人、西湖大學工學院感知與計算成像實驗室負責人、博士生導師袁鑫說，它不只是“千里眼”，還是“火眼金睛”。“它採用‘單曝光壓縮光譜成像技術’，通過底層光學硬件和算法突破，推動智能成像系統的革新，推出基於人工智能計算成像的新一代機器視覺感知系統。”

從山火預警到水域監測

天剛矇矇亮，護林員就準時起牀背上“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，對可能發生火災的每一處細節進行預判和處置。但即便護林員經驗再豐富，這個行業依然存在尚未被解決的“痛點”。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，特別依賴老手的經驗；再比如，24小時應急響應，對護林員的精力、體力都是考驗。

如今，困擾森林防護工作多年的難題，被高光譜相機破解。無人機搭載高光譜相機從森林上空飛過，僅需幾分鐘就能夠採集到監測區域森林的高光譜圖像信息。山林間由於自然因素形成的薄霧和剛剛冒煙的山火，在高光譜相機的成像中，表現出的光譜波段截然不同，只要對波形稍加觀察，就能辨別山火和薄霧。

高光譜數據水體指數反演結果

同樣的情景也在水資源監測領域上演。西湖大學雲谷校區，袁鑫實驗室的科研人員要在不使用任何化學試劑、不採集水樣的情況下，完成對整個河道水質的全面體檢。“開始掃描。”隨着指令下達，搭載高光譜成像相機的無人機緩緩升空。它沿着河道勻速飛行。10分鐘後，隨着無人機平穩降落，河道的“體檢報告”已經生成。

水域監測的原理和山火預警一樣，含有污染物的水域與水質清澈的水域，在高光譜相機的成像中，呈現的波形和顏色都不一樣，因此只要稍作辨認，水質的變化便可一目瞭然。

高光譜成像如何做到“火眼金睛”？

其實，無論是衛星雲圖還是傳統的高光譜成像技術，圖像採集早已算不上什麼新鮮事。而高光譜成像技術相較於過去的圖像採集方法，一大突破在於“看得更清”，像是給相機裝上了“火眼金睛”。

當氣象衛星在距地800公里的軌道上掃描時，它的多光譜傳感器僅能通過4-5個寬泛的光譜通道（如可見光、近紅外、熱紅外）來描繪地球輪廓。這種“粗顆粒”的觀測方式，雖然能識別雲層運動這樣的宏觀現象，卻無法識別地表物質的微觀特徵。而高光譜相機則能夠把光線分成100多種不同的光譜波段，圖像分辨率≥1024 x 1024像素，細節十分清晰。

100個光譜通道圖

“就像孫悟空用火眼金睛能看穿妖怪的變化，高光譜相機通過解析物質的光譜特徵，揭開了肉眼不可見的物質真相。它的每個光譜波段都能捕捉物體對特定波長光的反射特性。”袁鑫介紹，同樣是一片水域，高光譜成像相機能解析每一道波光中，哪些是藻類繁殖的徵兆，哪些是重金屬污染的痕跡，哪些是“肉眼難辨”的化學物質溶解特徵。

如果你還對高光譜相機的“火眼金睛”感知不那麼真切，那麼不妨看看它在文物鑑寶領域的表現。古畫掛在那兒，紙黃墨舊，瞧着像是百年老物，其實肉眼真假難辨。此時，高光譜相機上場。它不碰不摸，只需要遠遠一掃，顏料的底細便可明瞭。“古人作畫，青金石磨藍，硃砂研紅，孔雀石取綠。這些顏料歷經百年，在光譜上留下獨特的‘指紋’。新造的畫作的顏色和紋理，在高光譜成像相機中反射出的光譜波段與古畫截然不同，很容易便能發現僞造的痕跡。”袁鑫表示。