红外气体“透视眼”装上AI芯片？开放光路监测精度爆表！

热点资讯 2025年11月10日 00:21 2 cc

这个“迷雾”就是复杂多变的真实大气环境。

水蒸气强烈吸收红外信号，温度湿度不停波动，还有气溶胶散射、光学湍流等,这些因素一叠加，背景光谱也就是监测的“基线”就像坐过山车一样剧烈变化。

这就好比在一艘不停剧烈晃动的船上，要测量一个微小物体的精确重量，难上加难，仪器的“基线”老是漂移,在所有干扰因素里，水蒸气简直是“麻烦制造者”中的佼佼者。

它在大气中含量多，还变化无常，而且它的吸收光谱和很多目标污染物，比如工业废气的光谱有不少重叠的地方。

这就导致了严重的“串扰”效应，仪器检测到信号后，根本分不清到底是水汽在捣乱，还是真的有污染物需要报警。

以前在受控的实验室里，红外光谱分析挺精确的，可一旦到了开放环境，仪器就得在风、雨、晴、雾里“摸爬滚打”，监测精度大打折扣，这也成了该技术走向规模化应用的主要拦路虎。

中科院团队出招：双技术融合破解难题

关键时刻，科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所的研究团队站了出来，开发出一种“双管齐下”的集成检索方法，给“哨兵”擦亮了眼睛，这个成果还发表在了美国化学会旗下的《分析化学》期刊上。

他们用的第一个技术是“变分分解双树复小波变换”，简称VDL-DTCWT,原始信号就像“噪音”和“真实声音”，也就是气体指纹的混合体。

VDL-DTCWT就像一个特别智能的滤波器，能自适应地识别并重建那些“晃动不平”的背景信号，把多尺度、非平稳的环境特征稳稳地提取出来，相当于把“噪音”剥离了，让真实的气体信号更清晰。

但光“降噪”还不够，那些和目标污染物光谱重叠的水蒸气等干扰信号还得处理。

这时候“非线性最小二乘拟合”技术，也就是NLLS上场了,传统方法想直接“减去”水蒸气的影响，可在多变的环境里，这几乎是不可能完成的任务。

NLLS换了个思路，它把水蒸气等常见干扰气体和目标污染物都当成独立的“变量”吸收组分，进行联合反演计算。

这就好比从解一道简单的单变量“猜谜题”，升级成解复杂但更准确的“多变量联立方程”，通过这种方式，精准地算出每种气体的真实浓度，把串扰效应彻底消除了。

实验结果证明，这种方法在复杂的环境条件下特别有效，能大幅降低背景干扰，还提高了污染物浓度反演的准确度和精密度,这可不只是实验室里的突破，意义大着呢。

在工业安全方面，以前化工厂监测泄漏，工人可能得“徒步扫雷”，效率低还危险,现在有了这个技术，就能在潜在泄漏变成重大安全事故前发出预警，给工业生产上了一道更可靠的安全锁。

对于环境监管部门来说，以前可能因为数据不准，执法和治理都受影响，现在有了扎实可靠的空气质量数据，就能更精准地施策，让环境治理从“粗放”走向“精细”。

从技术发展的角度看，主动红外光学遥感技术结合新算法，实现了从“能看到”到“看得准”的重要跨越。

这为开放路径场景下的定量红外光谱分析提供了新的解决办法，也给在动态环境中推进高精度光学遥感技术提供了重要的方法论启示。

以后，这项技术还能在更多领域发挥作用，比如重大工程的安全预警、生态保护区的动态监测等等，为我们的环境安全织起一张更密更牢的“科技防护网”,在环境监测领域，算法和硬件的突破都很重要。

硬件是基础，没有好的硬件，算法可能发挥不出作用；但算法就像硬件的“大脑”，让硬件更智能、更精准。

这次中科院团队在算法上的突破，让我们看到，在复杂的现实环境中，通过算法优化，能让现有的硬件发挥出更大的潜力。

当然，要是硬件和算法能齐头并进，那环境监测技术肯定能发展得更快更好,新型集成检索方法的出现，是主动红外光学遥感技术发展道路上的一个重要里程碑。

它解决了长期以来困扰该技术的难题，让我们在大气环境监测上有了更得力的工具,期待随着技术的不断进步，它能在更多地方大显身手，为我们创造更安全、更清洁的环境。

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