扩展人类新视界,国内首个水下光学战略平台将

作者: 科学科技  发布:2019-07-31

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今年5月底,中科院西安光学精密机械研究所侯洵院士、副所长李学龙等一行人来到碧波环抱的青岛,与青岛海洋科学与技术国家实验室签订了一项战略合作协议,要将双方在光学和海洋学领域的研究优势结合在一起。

国内首个水下光学战略平台将启动
送海洋一个“光明之目”

在中科院西安光学精密机械研究所,人事部门的同事仍清晰地记得李学龙是背着一个双肩包找上门来的。2009年,33岁的李学龙毛遂自荐,表明自己要回国做科研。彼时,他已是在国际光学影像分析与处理领域有着重要影响的中国学者之一,并成为领域顶级期刊《IEEE图像处理汇刊》有史以来在中国大陆的首位编委。

经过6月底到7月的一系列建设方案、运行预算等研讨会,“海洋光学联合实验室”的建设工作正式启动。

■本报见习记者 李晨阳

李学龙回国以后,在国家工程任务中发挥了重要的作用,并入选国家千人计划、国家杰青,获得陈嘉庚青年科学奖、何梁何利奖、国家自然科学二等奖。“几年下来,觉得时间过得很快,我的科研工作也在不断发展,我找到了适合自己的平台。”李学龙说。

光学研究照进幽暗海水

今年5月底,中科院西安光学精密机械研究所侯洵院士、副所长李学龙等一行人来到碧波环抱的青岛,与青岛海洋科学与技术国家实验室签订了一项战略合作协议,要将双方在光学和海洋学领域的研究优势结合在一起。

利用光谱成像,打开光学观测监控“千里眼”

对大多数人而言,“水下光学”或“海洋光学”,还是一个比较陌生的概念。

经过6月底到7月的一系列建设方案、运行预算等研讨会,“海洋光学联合实验室”的建设工作正式启动。

回国后,李学龙一直致力于推进光学观测和光学监控工程应用。“海湾战争时有很多假坦克,但并没有浪费导弹。为什么?因为不同物质的光谱不同,在普通光学相机观测下,假坦克和真的看起来很像,但在光谱成像下,钢铁和木头、纸壳等都分开了。”寥寥数语,李学龙就能让一个门外汉了解什么是“光谱成像”。

但对拥有300万平方公里内水和领海的中国而言,如何在海下睁开一双明目,看清海面之下的地貌、物产、过程等信息,是关乎国防安全、资源管理和经济民生的重要命题。

光学研究照进幽暗海水

“光谱成像”这样的术语总让人联想到神秘的国防应用。“智能分析和数据科学的迅猛发展,使得光谱这种人眼看不懂却更加适合反演和推算的数据源成为热点。”李学龙说,“随着军民融合发展,未来光谱将不仅仅用于军事,还将为普通人生活服务,成为打开人们观察世界新通道的金钥匙。”

“意义重大”,是中科院院士侯洵对这一领域的评价。

对大多数人而言,“水下光学”或“海洋光学”,还是一个比较陌生的概念。

近期,李学龙的团队在哈密等地区开展草原生态光谱遥感监测应用示范。例如,针对鼠害威胁,利用光谱成像及影像特征提取与监督分类的方法,对异于草原光谱特性的鼠洞数目自动统计。相比传统人工抽样调查,光谱影像监测更全面、高效、准确。李学龙坚信,随着技术不断提升,光谱成像将为精准农业、环境污染监测信息的获取与分析提供完整解决方案,成为光学观测和监控的“智能千里眼”。

人对外界事物的认知,有80%~90%都来自于视觉。但海水本身具备的高吸收、强散射等特点,给“看海”带来了很大的障碍。

但对拥有300万平方公里内水和领海的中国而言,如何在海下睁开一双明目,看清海面之下的地貌、物产、过程等信息,是关乎国防安全、资源管理和经济民生的重要命题。

在陕西省考古院、陕西历史博物馆的支持下,团队研究人员在唐代韩休墓发掘现场获取了光谱扫描影像。利用海量光谱信息的优势,结合特殊数据处理方法,他们发现了《东壁乐舞图》壁画中隐藏在成年胡人和毛毯边角处的孩童和兔子图案,而这样的发现依靠传统手段是无法做到的。

“即便是在海水中吸收损耗最小的蓝绿色光,在海水中传播也不过十几到几十米,这在应用上远远不够。”侯洵告诉《中国科学报》记者,“水下光学的研究,就是要解决这些问题。”

“意义重大”,是中科院院士侯洵对这一领域的评价。

打破水对光的束缚,寻找“海洋光明之目”

潜艇活动和对潜通讯,需要直观的光学图像;水产养殖行业需要水下观测系统来辅助管理;对水下光的合理利用,能帮助实现水产的增产和疾病防护;再加上水生生物光合作用研究、海洋资源的探索……水下光学的应用渗透进军事、民生、科研等方方面面。

人对外界事物的认知,有80%~90%都来自于视觉。但海水本身具备的高吸收、强散射等特点,给“看海”带来了很大的障碍。

中国科学院西安光学精密机械研究所从上世纪80年代早期就开展“水下光学”的研究,并在系列国家任务中发挥了重要作用。对拥有面积广阔的内水和领海的中国而言,观测海面之下的地貌、物产、过程等信息,是关乎国防安全、资源管理和经济发展的重要课题。在很多情况下,光学手段不可或缺。

然而,出于种种原因,我们国家在这一领域的发展程度还远远不够。市场上,大约90%的水下光学设备都来自国外。

“即便是在海水中吸收损耗最小的蓝绿色光,在海水中传播也不过十几到几十米,这在应用上远远不够。”侯洵告诉《中国科学报》记者,“水下光学的研究,就是要解决这些问题。”

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