【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院安光所紅外精密儀器團(tuán)隊(duì)，在氣體遙感三維成像研究領(lǐng)域取得系統(tǒng)性突破。團(tuán)隊(duì)聚焦實(shí)際應(yīng)用中的痛點(diǎn)，構(gòu)建起多平臺適配、重建速度快、部署便捷的泄漏氣體立體探測網(wǎng)絡(luò)，大幅提升了泄漏氣體的快速空間定位和分布重建的能力，為環(huán)境監(jiān)測和應(yīng)急處置提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。2項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)先后發(fā)表于　Environment　International(《國際環(huán)境》，中國科學(xué)院一區(qū)，IF=9.7)、Remote　Sensing(《遙感》，中國科學(xué)院二區(qū)，IF=4.1)等國際知名期刊。
 

　　近年來，氣體泄漏引發(fā)的火災(zāi)、爆炸等重大危害事故頻發(fā)，其危害已遠(yuǎn)超單純的環(huán)境污染范疇。因此，氣體泄漏檢測領(lǐng)域備受關(guān)注，其中氣體遙感成像技術(shù)憑借其高靈敏度、高分辨率、非接觸式的獨(dú)特優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于危害氣體的遠(yuǎn)程定量檢測。然而，現(xiàn)有的氣體遙測成像系統(tǒng)僅能獲取氣體濃度的二維投影，無法快速、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詳細(xì)的關(guān)鍵信息。針對這一技術(shù)瓶頸，紅外精密儀器團(tuán)隊(duì)圍繞“泄漏氣體種類識別、泄漏源空間定位、泄漏量精準(zhǔn)量化”等核心問題，開展了系統(tǒng)性深入研究。
 

　　針對氣體快速泄漏場景，團(tuán)隊(duì)提出利用兩臺多光譜成像系統(tǒng)協(xié)同探測的解決方案，實(shí)現(xiàn)了泄漏氣云的三維成像。為快速探測泄漏氣體，團(tuán)隊(duì)研制了多光譜氣體遙測成像系統(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器、電源模塊、主控電路、電機(jī)等核心組件，在成像速度和分辨率上具備顯著優(yōu)勢。搭配Yolo　V10模型后，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(Fps>25赫茲)的氣云泄漏檢測。結(jié)合團(tuán)隊(duì)開發(fā)的非軸對稱逆阿貝爾重建方法，氣體云團(tuán)重建時間控制在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(PSNR)為25.633、結(jié)構(gòu)相似性(SSIM)為　0.940。驗(yàn)證了該方案可提供高質(zhì)量的氣體云團(tuán)分布特征，能滿足泄漏氣云三維遙測成像的需要。
 

　　針對大尺度空間氣體泄漏場景，團(tuán)隊(duì)利用單臺紅外遠(yuǎn)程遙測系統(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自多臺儀器或多角度的測量數(shù)據(jù)，增加了部署成本，實(shí)際部署過程復(fù)雜。此外，紅外遠(yuǎn)程遙測系統(tǒng)的分辨率和計算機(jī)存儲容量限制了氣體羽流重建的空間分辨率。為了破解上述問題，團(tuán)隊(duì)依托自主研發(fā)的ZK-FTIR-GS1000型氣體遙感成像儀，提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的三維氣體羽流重建生成網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用八叉樹表示來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)，且僅需要較小的計算和內(nèi)存資源支撐?，F(xiàn)場實(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，適配大尺度場景應(yīng)用需求。
 

　　安光所紅外精密儀器團(tuán)隊(duì)發(fā)表的上述論文，第一作者博士生張磊，相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃與企業(yè)委托項(xiàng)目的資助。這一系列工作將進(jìn)一步拓展氣體遙感三維成像技術(shù)的多領(lǐng)域精準(zhǔn)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。