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关于合作申报2019年度国土资源科学技术奖的公示

成果名称:小型机载成像光谱仪关键技术与应用

完成人:郑志忠,肖亮,修连存,董金鑫,吴泽彬,黄岩,陈春霞,殷靓,刘启超,石剑龙

完成单位:中国地质调查局南京地质调查中心、南京理工大学、江苏省地质勘查技术院

成果基本情况:

   该成果是由中国地质调查局南京地质调查中心、南京理工大学和江苏省地质勘查技术院依托地质调查项目“地壳光谱探测技术与新仪器研制”、科技部国家重大科学仪器设备开发专项课题“成像光谱仪研制与开发”等项目的科技成果。

推荐意见:

该项成果经过关键技术攻关和工程化集成创新,突破反射offner同心结构凸面光栅分光、低温电子学和同心离轴三反的全铝框架结构设计等仪器研制关键技术和数据智能分析方法,实现400nm-1000nm,1000nm- 2500 nm波段连续窄带光谱((VNIR < 4nm, SWIR< 10nm)成像,平均衍射效率>60%。研制出高衍射效率凸面光栅核心分光器件,整体仪器具有相对孔径大、光能利用率高、高信噪比和畸变小的优点,达到国外高端产品性能,打破国外产品的禁运。形成系列自主知识产权,自主可控,授权国家专利和软件著作权13项。在国内外高水平学术刊物上发表论文15篇,包括SCI/EI期刊论文13篇,形成一支协同创新团队。前期广泛应用于地物光谱精细成像、地质矿物分析、环境调查、海岸带调查等行业应用和示范,产生明显经济效益,大大促进我国高光谱国土资源应用技术的发展。

成果简介:
    
成像光谱技术是传感器在获取目标地物图像的同时,也能获取反映地物特点的连续、光滑的光谱曲线。这种既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术,又称光学倍增器,基于成像光谱技术的高光谱遥感探测,已形成卫星高光谱遥感、机载高光谱遥感、地面高光谱波谱测量和地下岩心光谱扫描等立体化勘察测量的技术格局,世界各国对地球观测和海量遥感光谱数据分析高度重视,另外成像光谱仪在生物医学、机器视觉能领域应用甚光。目前成像光谱仪均为美国和欧洲等发达国家所垄断,国产化的商业仪器处于空白,而且高性能的成像光谱仪国外对我国禁运。因此,国产化的高性能成像光谱仪对亟需研发并且商业化。另外,高光谱遥感数据分析与挖掘仅仅依赖领域专家进行人工解译,无法满足高光谱遥感大数据分析的需要;而西方发达国家的智能化分析软件存在技术垄断、国外商业化软件十分昂贵等问题,研制具有自主知识产权的国产高光谱数据处理软件广阔应用前景,对于提升我国遥感技术水平进步具有重大的意义。

    本项目成功研制自主知识产权的VNIRSWIR小型成像光谱仪,并开发出高光谱数据处理软件。具有如下创新性:

    (1) 采用反射offner同心结构凸面闪耀光栅分光方法, 突破VNIRSWIR两个光谱宽波段光路感知和光学结构系统优化设计技术。

    (2) 突破高衍射效率凸面闪耀光栅制作方法与工艺,采用反射offner同心结构凸面闪耀光栅分光技术和专有分光器件,分光效率达到到60%;实现可见-近红外400nm-1000nm波段高光谱分辨率可达 4nm,短波红外1000-2500nm高光谱分辨率可达 7-10nm,高信噪比和小畸变。

    (3) 采用低温电子学设计,实现可见-近红外400nm-1000nm波段、短波红外1000nm-2500 nm宽谱段光谱成像。

    (4) 采用同心离轴三反的全铝框架结构,保证结构比刚度和热差环境适应性,实现仪器的轻量化(< 4.5 Kg)。

    (5) 突破高光谱数据校正、解混、分类与遥感鉴别性特征提取和识别等智能分析应用方法,研制多核CPUGPU并行的高光谱大数据处理与智能分析软件,具备成桌面型、旋翼直升机、无人机、航空机载等平台的高光谱遥感应用能力。

    仪器整体性能达到国外高端禁运级产品性能,并已经开展多个领域应用和商业化仪器销售。研制系统已应用于地物光谱精细成像、地质矿物分析、精准农业和环境调查等领域,同时可推广应用于军事侦察、公安刑侦物证鉴定、高光谱显微生物医学成像等领域,为国内外拥有二十余遥感地质行业用户服务;同时嫁接中科遥感科技集团实现销售和技术服务,仪器、软件和技术服务直接销售金额1500余万元,增值税220万元,所得税320万元,实现净利润300万元。嫁接中科遥感科技集团实现销售和技术服务,实现了产值递增和产业化推广,提升了遥感与地质勘探企业的科技水平,产生了良好的社会和经济效益。项目形成一支高光谱仪器研发和产业化应用团队,团队成员入选江苏省333工程中青年学术带头人二层次1人,三层次3人次;江苏省杰出青年基金获得者1人,江苏省青蓝工程中青年学术带头人1人,霍英东青年教师奖1,地质学会金锤奖1人。

 

客观评价:

1. 完成进行了第三方检测和拥户使用,获取2份第三方检测报告,报告认为,仪器光谱数据质量和图像佳,信噪比和光谱分辨率等主要指标明显优于国外同类产品,软件功能齐全且操作方便,软件运行顺畅,基于并行算法,运算速度快。 

2. 20184月,国家重大科学仪器专项课题“成像光谱仪研制与开发”验收意见

任务完成了合同规定的各项任务,达到了和超过规定考核指标。研制成功高衍射效率凸面光栅核心器件、VNIR成像光谱仪和SWIR成像光谱仪两种关键部件。依托核心部件衍生桌面型高光谱测量系统、野外高光谱测量系统和小型化机载成像光谱仪三种新装置,在研矿鉴定、珠宝检测、地质找矿、矿山环境监测和大坝选址应用方面,取得较好社会效益,实现了仪器产品化和产品销售,任务组织管理规范,技术档案齐全,同意通过验收。

3. 浙江省地矿局、中国地质调查据南京地质调查中心、自然资源实物资料中心、自然资源中国地质调查据航空物探遥感中心、北京大学等单位应用,获得了精确矿物的识别与定量,实现了岩石样品中蚀变矿物空间分布无损快速测量。

4. 江苏地质勘查技术院使用成像光谱仪集成一套机载高光谱系统,近年来累计服务区域面积超3000平方公里,取得了很好的应用效果和经济效益。

 

主要知识产权目录:

已授权成果名称

知识产权类别

国(区)别

授权号

1.一种光电传感器封装及其方法

发明专利

中国

 

ZL201510746737.2

2.一种offner同心离轴光学系统结构

实用新型专利

中国

ZL20172086254.2

3. 一种岩心成像光谱扫描仪

实用新型专利

中国

ZL201520510521.1

4.一种锁相放大器

实用新型专利

中国

ZL201520477631.2

5. 利用图像块分类稀疏表示与自适应聚合的图像超分辨方法

发明专利

中国

ZL201310033127.9

6. 图像上采样中边缘清晰度提升的稀疏域残差补偿修正方法

发明专利

中国

ZL201210240484.8 

7. 高光谱图像处理与智能分析软件

软件著作权

中国

2017SR424312

8.高光谱遥感图像快速精细分类系统(GPU).

软件著作权

中国

 2018SR1027077

 

 

 

 

代表性论文专著目录(不超过8篇)

序号

论文名称/刊名/作者

影响因子

年卷页码(xxxx-xx )

发表时间 年   月 日

通讯作者/第一责任人

SCI   他引次数

他引总次数

是否国内完成

1

一种offner型小型短波红外成像光谱仪/光谱学与光谱分析/郑志忠,杨忠,修连存,董金鑫,陈春霞,高扬,俞正奎

1.51

2017372267-2272

2017-07-01

郑志忠

 

 

2

推扫式搞光谱自动调焦/光学精密工程/魏桂华,肖亮,郑志忠

2.4

201927450-457

2019-02-01

郑志忠

 

 

3

Bilayer   Elastic Net Regression Model for Supervised Spectral-Spatial Hyperspectral   Image Classification./  IEEE J Sel. Topics in Appl. Earth   Observ. and Remote Sensing/ Bushra Naz Soomro/ Liang   Xiao(肖亮)/ Lili   HuangShahzad   Hyder SoomroMohsen Molaei:

3.392

2016-4102-4116 

2016-09-01

肖亮

3

3

4

§  A   fast higher degree total variation minimization method for image restoration/ Int.   J. Comput. Math/刘鹏飞/肖亮/张军

§   

 

 

201693: 1383-1404 

2016-08-01

肖亮

 

 

5

§ 
   Hyperspectral image clustering via sparse dictionary-based anchored   regression. IET Image Processing/
Nan   Huang, Liang Xiao(肖亮)

 

201912卷:261-269

2019-02-01

 

 

 

 

6

§  Efficient   multiplicative noise removal method using isotropic second order total   variation /Computers & Mathematics with   Applications/刘鹏飞/肖亮/

2.811

2015702029-2048

 

肖亮

 

 

7

§  Hyperspectral   Imagery Super-Resolution by Compressive Sensing Inspired Dictionary Learning   and Spatial-Spectral Regularization/Sensors/ Wei   Huang/ Liang Xiao(肖亮)/ Hongyi Liu/, Zhihui   Wei/

3.031

2015152041-2058 

2015-01-01

肖亮

12

15

8

§  Pan-sharpening   using 2D CCA/Remote  Sensing   Letter/Songze Tang,Liang Xiao(肖亮) /Wei Huang/Pengfei   Liu/Huicong Wu

 

20166/341-350

2015-06-01

 

2

2

9

Optimization   of Minimum Volume Constrained Hyperspectral Image Unmixing on   CPU–GPU Heterogeneous Platform,Journal of Real-Time Image Processing,Zebin   Wu(吴泽彬)/Jianjun   Liu(刘建军)/   Shun Ye(叶顺)/   Le Sun(孙乐)/   Zhihui Wei(韦志辉)

2.6

20185:/265–277

2018-05-02

 

2

 

 


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