近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院團(tuán)隊(duì)，在氣體遙感三維成像方面取得進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多平臺(tái)適配、重建速度快、部署便捷的泄漏氣體立體探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提升了泄漏氣體的快速空間定位和分布重建的能力。

　　氣體遙感成像技術(shù)憑借其高靈敏度、高分辨率、非接觸式等優(yōu)勢(shì)，被應(yīng)用于危害氣體的遠(yuǎn)程定量檢測(cè)。然而，現(xiàn)有的氣體遙測(cè)成像系統(tǒng)僅能獲取氣體濃度的二維投影，無(wú)法快速、準(zhǔn)確地獲取氣體云的體積、分布、擴(kuò)散情況和空間位置等信息。

　　針對(duì)氣體快速泄漏場(chǎng)景，團(tuán)隊(duì)提出利用兩臺(tái)多光譜成像系統(tǒng)協(xié)同探測(cè)的解決方案，實(shí)現(xiàn)了泄漏氣云的三維成像。為快速探測(cè)泄漏氣體，團(tuán)隊(duì)研制出多光譜氣體遙測(cè)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成光學(xué)鏡頭、濾波輪、氧化釩非制冷紅外焦平面探測(cè)器、電源模塊、主控電路、電機(jī)等組件，在成像速度和分辨率上具備優(yōu)勢(shì)。搭配Yolo V10模型后，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的氣云泄漏檢測(cè)。結(jié)合團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的非軸對(duì)稱逆阿貝爾重建方法，氣體云團(tuán)重建時(shí)間控制在200毫秒。仿真試驗(yàn)結(jié)果顯示，重建的結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)的峰值信噪比為25.633、結(jié)構(gòu)相似性為0.940。這表明，該方案能夠提供高質(zhì)量的氣體云團(tuán)分布特征，并可以滿足泄漏氣云三維遙測(cè)成像的需要。

　　針對(duì)大尺度空間氣體泄漏場(chǎng)景，團(tuán)隊(duì)利用單臺(tái)紅外遠(yuǎn)程遙測(cè)系統(tǒng)即可完成氣體空間定位和分布重建。傳統(tǒng)氣體羽流的空間定位和分布重建方法，都需要來(lái)自多臺(tái)儀器或多角度的測(cè)量數(shù)據(jù)，增加了部署成本，并使得實(shí)際部署過(guò)程復(fù)雜。此外，紅外遠(yuǎn)程遙測(cè)系統(tǒng)的分辨率和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量，限制了氣體羽流重建的空間分辨率。為了破解上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)依托自主研發(fā)的ZK-FTIR-GS1000型氣體遙感成像儀，提出了基于深度學(xué)習(xí)的三維氣體羽流重建生成網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用八叉樹(shù)表示來(lái)模擬氣體羽流的稀疏三維分布特征，能夠從粗到細(xì)地輸出氣云三維結(jié)構(gòu)，且僅需要較小的計(jì)算和內(nèi)存資源支撐?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該方法可以確定泄漏氣體羽流的空間位置及分布范圍，并適配大尺度場(chǎng)景應(yīng)用需求。

　　上述工作將進(jìn)一步拓展氣體遙感三維成像技術(shù)的多領(lǐng)域應(yīng)用，有望為安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)保等領(lǐng)域提供更高效的技術(shù)保障。

　　相關(guān)研究成果相繼發(fā)表在Environment International、Remote Sensing上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。

多光譜成像系統(tǒng)示意圖