煉就遙感成像的“火眼金睛”

人物小傳

李樹濤，1972年生，遼寧凌海人。湖南大學黨委常委、副校長兼機器人學院院長，國家自然科學基金委創新羣體負責人。長期從事智能融合感知領域的研究工作，獲國家自然科學獎二等獎2項、國家科技進步獎二等獎2項、國家級教學成果獎二等獎1項。

太空中一顆顆人造衞星包圍着地球，織成了一張覆蓋全球的“天網”，大到山丘、河流，小到村居、街道，都可以清晰觀測。在過去，受制於單位時間內空間與光譜信息的採樣極限，遙感成像一直難以獲取高空間分辨率的高光譜圖像。

湖南大學教授李樹濤（見圖右四，蔣乾坤攝）帶領團隊攻克多模圖像融合與高分辨率高光譜成像等關鍵技術難題，為推動我國遙感成像技術發展作出重要貢獻。

強化技術攻關，獲取物質精細光譜

“高分辨率高光譜成像與識別，就像煉就‘火眼金睛’一般，能夠獲取物質的精細光譜‘指紋’，進而精準識別物體材質與成分。”李樹濤説。1998年，我國高分辨率成像技術研究還沒有起步，當時在湖南大學攻讀博士學位的李樹濤，對此產生了濃厚興趣。

在國外從事博士後研究期間，李樹濤敏鋭地意識到，多源圖像融合理論方法在遙感對地觀測領域具有重要的應用價值，能有效滿足國防安全、環境監測、農業管理等領域的需求。

方向雖然明確，但突破之路卻很艱難。受制於單位時間內空間與光譜信息的採樣極限，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。通俗來説，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；想看清材質，就會犧牲空間大小和形狀。

回國後，李樹濤展開了科研攻關。從實驗室開展仿真實驗再到衞星上進行試驗驗證，他和團隊經過上百次反覆的嘗試和試驗，終於發現了時間—空間—光譜的耦合成像機理，採用普通的高光譜和多光譜傳感器，能實現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百個光譜波段，如果能夠實現對其精準、高效的探測，就可以通過幾百個特徵對應分析到具體材質。”從最開始關注多源圖像信息融合到高分成像技術的突破，李樹濤用了整整11年。“每次做現場試驗，我都要帶領團隊往返於實驗室和測試現場，不斷調整參數、完善技術方案，以達到更好的效果。”

推動廣泛應用，成果覆蓋多個領域

濕地被稱為“地球之腎”，對濕地資源實施精確監測，能夠顯著提升環境和生物多樣性保護工作的質效。傳統濕地監測方法大多依賴於人工採樣和實驗室分析，過程繁瑣且耗時，難以實現對濕地環境的全面、連續監測。

在此情況下，李樹濤的課題組通過高光譜探測技術，精準識別濕地互花米草、鹼蓬等40餘種不同類型植被的分佈狀況和生長趨勢，識別精度達到了95%以上。

此外，通過光譜定量反演技術測量濕地水體含氮量、含磷量等關鍵指標，團隊實現了對黃河口等濕地生態環境的全面掌控和持續監測。隨着水流變化，實驗室大屏幕上的數據與顏色逐漸變化，實驗人員便可利用高光譜成像技術，監測水體微量元素的含量等，從而判斷水質是否被污染。

“如今，相關技術已經應用到環境保護、資源調查等重要領域，取得了良好的社會和經濟效益。”李樹濤介紹，團隊成功研發了多模融合高分辨高光譜視頻成像與圖像智能識別系統，在海洋災害監測領域，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%。

“除了濕地和海洋監測，我們的技術在精準農業、醫療診斷等領域也發揮了重要作用。”李樹濤舉例説，在精準農業領域，高光譜成像與識別技術被應用於作物生長監測、病蟲害檢測、土壤肥力評估等，實現精準施肥和病蟲害防治。在醫學領域，利用此成像技術，也能夠清楚有效地辨別藥品成分、檢測藥品真假。

培養技術人才，服務國家企業需要

“我希望我的學生，不僅具備獨立思考的能力和創新精神，而且能將掌握的技能與國家和企業實際需要緊密結合。”在李樹濤看來，湖南大學嶽麓書院“傳道濟民，經世致用”的教育理念充分展現了教書育人的內涵。

“未來的科學研究需要既懂技術又懂應用的複合型人才。”李樹濤深知，推動科學研究的前沿突破和服務國家戰略目標，不僅需要個人努力，更離不開廣泛、深入的協同攻關。

在國家自然科學基金創新羣體項目、國家重點研發計劃等的支持下，李樹濤組建了一支多學科交叉的研究團隊，成員來自控制科學、電子信息、光學工程、遙感科學、計算機等不同學科背景。通過緊密合作，他們在基礎研究、技術攻關、工程轉化等多環節取得了重要成果。

從教以來，李樹濤培養了100多名研究生，其中不少已經成長為所在單位的學術帶頭人和科研骨幹。“學生的成長比老師的成果更重要。”李樹濤説，希望幫助更多學生走上大舞台，為加快實現高水平科技自立自強貢獻更多力量。