安光所红外精密仪器团队在气体遥感三维成像研究取得新突破

近日，中国科学院安光所红外精密仪器团队，在气体遥感三维成像研究领域取得系统性突破。团队聚焦实际应用中的痛点，构建起多平台适配、重建速度快、部署便捷的泄漏气体立体探测网络，大幅提升了泄漏气体的快速空间定位和分布重建的能力，为环境监测和应急处置提供了强有力的技术支撑。2项创新技术先后发表于　Environment　International（《国际环境》，中国科学院一区，IF＝9.7）、Remote　Sensing（《遥感》，中国科学院二区，IF＝4.1）等国际知名期刊。 

近年来，气体泄漏引发的火灾、爆炸等重大危害事故频发，其危害已远超单纯的环境污染范畴。因此，气体泄漏检测领域备受关注，其中气体遥感成像技术凭借其高灵敏度、高分辨率、非接触式的独特优势，被广泛应用于危害气体的远程定量检测。然而，现有的气体遥测成像系统仅能获取气体浓度的二维投影，无法快速、准确地获取气体云的体积、分布、扩散情况和空间位置等详细的关键信息。针对这一技术瓶颈，红外精密仪器团队围绕“泄漏气体种类识别、泄漏源空间定位、泄漏量精准量化”等核心问题，开展了系统性深入研究。

针对气体快速泄漏场景，团队提出利用两台多光谱成像系统协同探测的解决方案，实现了泄漏气云的三维成像。为快速探测泄漏气体，团队研制了多光谱气体遥测成像系统，该系统集成光学镜头、滤波轮、氧化钒非制冷红外焦平面探测器、电源模块、主控电路、电机等核心组件，在成像速度和分辨率上具备显著优势。搭配Yolo　V10模型后，系统可以实现实时（Fps＞25赫兹）的气云泄漏检测。结合团队开发的非轴对称逆阿贝尔重建方法，气体云团重建时间控制在200毫秒。仿真试验结果显示，重建的结果与仿真数据的峰值信噪比（PSNR）为25.633、结构相似性（SSIM）为　0.940。验证了该方案可提供高质量的气体云团分布特征，能满足泄漏气云三维遥测成像的需要。

针对大尺度空间气体泄漏场景，团队利用单台红外远程遥测系统即可完成气体空间定位和分布重建。传统气体羽流的空间定位和分布重建方法都需要来自多台仪器或多角度的测量数据，增加了部署成本，实际部署过程复杂。此外，红外远程遥测系统的分辨率和计算机存储容量限制了气体羽流重建的空间分辨率。为了破解上述问题，团队依托自主研发的ZK－FTIR－GS1000型气体遥感成像仪，提出了一种基于深度学习的三维气体羽流重建生成网络。该网络采用八叉树表示来模拟气体羽流的稀疏三维分布特征，能够从粗到细地输出气云三维结构，且仅需要较小的计算和内存资源支撑。现场实验证实，该方法可以确定泄漏气体羽流的空间位置及分布范围，适配大尺度场景应用需求。

安光所红外精密仪器团队发表的上述论文，第一作者博士生张磊，相关工作得到国家重点研发计划与企业委托项目的资助。这一系列工作将进一步拓展气体遥感三维成像技术的多领域精准应用，有望为安全生产、生态环保等领域提供更高效的技术保障。

多光谱成像系统示意图

气体重建结果

某化工园区氨气泄漏图像 

重建的气体高浓度分布