2025-01-28
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李樹濤,1972年生,遼寧凌海人。湖南大學(xué)黨委常委、副校長兼機器人學(xué)院院長,國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體負責(zé)人。長期從事智能融合感知領(lǐng)域的研究工作,獲國家自然科學(xué)獎二等獎2項、國家科技進步獎二等獎2項、國家級教學(xué)成果獎二等獎1項。
太空中一顆顆人造衛(wèi)星包圍著地球,織成了一張覆蓋全球的“天網(wǎng)”,大到山丘、河流,小到村居、街道,都可以清晰觀測。在過去,受制于單位時間內(nèi)空間與光譜信息的采樣極限,遙感成像一直難以獲取高空間分辨率的高光譜圖像。
湖南大學(xué)教授李樹濤(見圖右四,蔣乾坤攝)帶領(lǐng)團隊攻克多模圖像融合與高分辨率高光譜成像等關(guān)鍵技術(shù)難題,為推動我國遙感成像技術(shù)發(fā)展作出重要貢獻。
“高分辨率高光譜成像與識別,就像煉就火眼金睛一般,能夠獲取物質(zhì)的精細光譜指紋,進而精準識別物體材質(zhì)與成分。”李樹濤說。1998年,我國高分辨率成像技術(shù)研究還沒有起步,當(dāng)時在湖南大學(xué)攻讀博士學(xué)位的李樹濤,對此產(chǎn)生了濃厚興趣。
在國外從事博士后研究期間,李樹濤敏銳地意識到,多源圖像融合理論方法在遙感對地觀測領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,能有效滿足國防安全、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)管理等領(lǐng)域的需求。
方向雖然明確,但突破之路卻很艱難。受制于單位時間內(nèi)空間與光譜信息的采樣極限,過去的遙感成像手段難以獲取高空間分辨率的高光譜圖像。通俗來說,想看清物體的空間大小和形狀,就難以看清物體具體的材質(zhì);想看清材質(zhì),就會犧牲空間大小和形狀。
回國后,李樹濤展開了科研攻關(guān)。從實驗室開展仿真實驗再到衛(wèi)星上進行試驗驗證,他和團隊經(jīng)過上百次反復(fù)的嘗試和試驗,終于發(fā)現(xiàn)了時間空間光譜的耦合成像機理,采用普通的高光譜和多光譜傳感器,能實現(xiàn)高分辨率高光譜成像。
李樹濤介紹,“一般人眼看到的是紅綠藍3個顏色,而高光譜圖像包含幾十甚至數(shù)百個光譜波段,如果能夠?qū)崿F(xiàn)對其精準、高效的探測,就可以通過幾百個特征對應(yīng)分析到具體材質(zhì)?!睆淖铋_始關(guān)注多源圖像信息融合到高分成像技術(shù)的突破,李樹濤用了整整11年?!懊看巫霈F(xiàn)場試驗,我都要帶領(lǐng)團隊往返于實驗室和測試現(xiàn)場,不斷調(diào)整參數(shù)、完善技術(shù)方案,以達到更好的效果?!?
濕地被稱為“地球之腎”,對濕地資源實施精確監(jiān)測,能夠顯著提升環(huán)境和生物多樣性保護工作的質(zhì)效。傳統(tǒng)濕地監(jiān)測方法大多依賴于人工采樣和實驗室分析,過程繁瑣且耗時,難以實現(xiàn)對濕地環(huán)境的全面、連續(xù)監(jiān)測。
在此情況下,李樹濤的課題組通過高光譜探測技術(shù),精準識別濕地互花米草、堿蓬等40余種不同類型植被的分布狀況和生長趨勢,識別精度達到了95%以上。
此外,通過光譜定量反演技術(shù)測量濕地水體含氮量、含磷量等關(guān)鍵指標,團隊實現(xiàn)了對黃河口等濕地生態(tài)環(huán)境的全面掌控和持續(xù)監(jiān)測。隨著水流變化,實驗室大屏幕上的數(shù)據(jù)與顏色逐漸變化,實驗人員便可利用高光譜成像技術(shù),監(jiān)測水體微量元素的含量等,從而判斷水質(zhì)是否被污染。
“如今,相關(guān)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到環(huán)境保護、資源調(diào)查等重要領(lǐng)域,取得了良好的社會和經(jīng)濟效益?!崩顦錆榻B,團隊成功研發(fā)了多模融合高分辨高光譜視頻成像與圖像智能識別系統(tǒng),在海洋災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域,在對溢油類型、油膜厚度及赤潮生物量的識別反演上取得了突破性進展,識別時間從分鐘級提升至秒級,精度從72.3%提升至95.8%。
“除了濕地和海洋監(jiān)測,我們的技術(shù)在精準農(nóng)業(yè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域也發(fā)揮了重要作用?!崩顦錆e例說,在精準農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,高光譜成像與識別技術(shù)被應(yīng)用于作物生長監(jiān)測、病蟲害檢測、土壤肥力評估等,實現(xiàn)精準施肥和病蟲害防治。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,利用此成像技術(shù),也能夠清楚有效地辨別藥品成分、檢測藥品真假。
“我希望我的學(xué)生,不僅具備獨立思考的能力和創(chuàng)新精神,而且能將掌握的技能與國家和企業(yè)實際需要緊密結(jié)合?!痹诶顦錆磥?,湖南大學(xué)岳麓書院“傳道濟民,經(jīng)世致用”的教育理念充分展現(xiàn)了教書育人的內(nèi)涵。
“未來的科學(xué)研究需要既懂技術(shù)又懂應(yīng)用的復(fù)合型人才?!崩顦錆钪苿涌茖W(xué)研究的前沿突破和服務(wù)國家戰(zhàn)略目標,不僅需要個人努力,更離不開廣泛、深入的協(xié)同攻關(guān)。
在國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目、國家重點研發(fā)計劃等的支持下,李樹濤組建了一支多學(xué)科交叉的研究團隊,成員來自控制科學(xué)、電子信息、光學(xué)工程、遙感科學(xué)、計算機等不同學(xué)科背景。通過緊密合作,他們在基礎(chǔ)研究、技術(shù)攻關(guān)、工程轉(zhuǎn)化等多環(huán)節(jié)取得了重要成果。
從教以來,李樹濤培養(yǎng)了100多名研究生,其中不少已經(jīng)成長為所在單位的學(xué)術(shù)帶頭人和科研骨干?!皩W(xué)生的成長比老師的成果更重要?!崩顦錆f,希望幫助更多學(xué)生走上大舞臺,為加快實現(xiàn)高水平科技自立自強貢獻更多力量。
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