前沿探测技术突破！快照式高光谱相机精准识别化学液体， 解锁多场景应用新可能
在化学物质精准识别、环境污染动态监测等领域，如何快速区分液体种类并还原其空间分布，是科研与工程应用的核心难题。近期，我司与用户在 2026 年 2 月共同完成了一项基于 Living Optics 快照式高光谱相机的脂类液滴探测实验，全程严格把控实验条件、规范开展测试流程，成功验证了该设备在化学液体探测领域的可靠性能，为相关领域技术升级提供了重要的实验支撑与实践参考。
图1：实验场景
01 实验设备与条件
本次实验的核心探测设备为Living Optics 快照式高光谱相机，是实现精准探测的关键：该设备采集帧率可达 30Hz，能高速捕捉目标信号，同时可同步获取 500 万个像素的 RGB 图像以及 4000 个光谱提取点对应的光谱信息，实现高清成像与精准光谱采集双保障。
图2：可见光高速成像原理
搭配NVIDIA Jetson AGX Orin 边缘计算硬件组件，可实时完成数据的存储、处理，并向高光谱相机发送操作指令；自研的数据分析软件，则为后续光谱分析、图像化标注提供专业技术支持。
除核心设备外，实验还配备了 SY2088 型风速计、 F60 型温湿度计、烧杯、实验桌、 2000Pro 移动电源等辅助器材，全套设备状态正常、协同配合，为实验数据的准确性、可重复性筑牢硬件基础。实验选址于室外空旷场地，现场实时记录环境参数：气温约 7℃,相对湿度 52.1%，东南风约 3km/h，确保实验在可控的自然环境中开展。
图3：实验场景示意图
02 实验对象与整体设计
本次实验以甲基磷酸二甲酯（DMMP，C₃H₉O₃P，CAS:756-79-6）、磷酸三丁酯（TBP，C₁₂H₂₇O₄P， CAS: 126-73-8） 两种典型的化学战剂模拟剂为核心探测对象，二者均为脂类化学物质，可有效验证设备 对化学战剂类液体的探测效能；同时引入水作为对照组，形成三类探测样本，全方位测试设备的液体识别能力。实验整体分为静态探测实验和抛洒分布探测实验两个阶段，按步骤、分场景开展详细测试，具 体实验过程如下56-79-6）、磷酸三丁酯（TBP，C₁₂H₂₇O₄P， CAS: 126-73-8） 两种典型的化学战剂模拟剂为核心探测对象，二者均为脂类化学物质，可有效验证设备对化学战剂类液体的探测效能；同时引入水作为对照组，形成三类探测样本，全方位测试设备的液体识别能力。实验整体分为静态探测实验和抛洒分布探测实验两个阶段，按步骤、分场景开展详细测试，具体实验过程如下：
静态探测实验
静态实验的核心是测试设备在不同背景下对静置液体的光谱捕捉与识别能力，实验过程严格遵循 “复杂背 景先测、纯净背景对比” 的原则，分两步开展：
01.复杂背景下静态探测：
首先将 DMMP、TBP 与水三种液体分别盛装于三个烧 杯中，按固定间距放置在实验桌上，以自然环境为复杂背景，通过 Living Optics 快照式高光谱相机 对包含三个烧杯的目标区域进行精准框选，设备自动采集目标区域的图像与光谱信息，由 NVIDIA Jetson AGX Orin 完成数据初步处理并计算各液体区域的平均辐亮度；后续通过自研软件深度分析 处理数据，成功获得三种液体的光谱辐亮度曲线，实现了对三种液体的基本光谱标注与种类区分， 验证了设备在复杂背景下获取基础辐亮度信号的能力。
图4：①：放置在烧杯中的不同液体(a) TBP (b) DMMP (c) 水；②三种液体对应的高光谱图像；③通过光谱对三种液体进行标注；④三种液体的光谱辐亮度曲线。
02.纯净背景下静态探测：
为分析背景噪声对探测效果的影响，在保持液体样本、设备参数、放置位置 不变的前提下，引入白色 A4 纸作为纯净背景，铺垫在烧杯下方，重复上述探测操作：框选目标区 域→高光谱相机采集图像与光谱信息→NVIDIA Jetson AGX Orin实时处理数据→计算平均辐亮度 →软件分析生成光谱辐亮度曲线。实验过程中全程记录两组实验的光谱数据，为后续对比分析提供 完整依据，最终通过数据对比发现了背景对探测效果的关键影响规律。
图5：①可见光图像；②三种液体对应的高光谱图像；③通过光谱对三种液体进行标注④三种液体的光谱辐亮度曲线。
静态实验结果显示：两种背景下，同一种液体的光谱辐亮度曲线形态高度相似，但纯净背景下液体的辐 亮度绝对值更高，光谱强度的区分度显著增强，液体分类效果大幅优化；究其原因，是白纸在阳光下的 温度较高，形成的高辐亮度透过液体后，能更清晰地反映液体的组分特征，这一结论也为后续实际场景 探测提供了重要的环境优化思路。
抛洒分布探测实验
抛洒实验更贴近化学液体泄漏、扩散等实际应用场景，核心测试设备对动态抛洒后液体的识别能力及空 间分布还原能力，实验过程精准控制喷射距离与操作流程：
1、实验前先调试喷壶与 Living Optics 快照式高光谱相机，确保喷壶出液稳定、相机采集角度与参数适 配，将设备固定在实验桌指定位置，分别标记距摄像机 4m、5m 的喷射点位；
2、实验过程中，操作人员手持喷壶，在 4m 点位喷射 TBP 液体、5m 点位喷射 DMMP 液体，模拟液 体动态抛洒过程；在此过程中，由于液滴喷射的瞬时性，其在高光谱图像中仅占喷口处 2~3 个像 素，瞬时成像效果受限，无法直接完成有效识别；
3、待喷射操作完成后，立即利用 Living Optics 快照式高光谱相机对地面残留的 TBP、DMMP 液体区 域进行全面扫描，采集完整的图像与光谱信息，由 NVIDIA Jetson AGX Orin 完成数据快速预处理； 后续通过专业的光谱分析技术与自研软件的标注功能，对采集到的残留液体数据进行精细化处理， 最终实现了对两种液体的精准识别，并完整还原了其在地面的空间分布情况。
图6:①喷射场景可见光图像；②光谱标注图像；③两种液体的光谱辐射亮度曲线。
抛洒实验结果证实，即便动态喷射过程中成像受限，Living Optics 快照式高光谱相机搭配 NVIDIA Jetson AGX Orin 边缘计算组件的系统，仍能通过对残留液体的光谱分析，完成精准识别与空间分布还原，展现 出极强的实战应用能力。
03 实验核心成果
本次实验通过规范、详细的静态与抛洒探测操作，全面验证了可见光高光谱探测技术在化学液体探测领 域的有效性与可靠性：一方面，Living Optics 快照式高光谱相机搭配NVIDIA Jetson AGX Orin的硬件 系统，能稳定、可靠地获取不同化学液体在可见光至红外波段的高光谱辐亮度信号（单位：W/m2・ nm・sr），并通过配套软件实现清晰的图像化标注，完成液体种类的精准区分；另一方面，明确了纯净 背景能显著增强光谱强度区分度、优化分类效果的关键规律，为实际探测场景的环境搭建提供了明确指导。
这一探测手段的成功验证，对于液滴云雾扩散规律研究、环境污染动态监测、化学物质快速识别等领 域，兼具重要的学术价值与工程意义：在学术研究中，为脂类液滴的光谱特征研究、扩散规律分析提供 了可靠的技术手段；在工程应用中，为化学安全防控、环境应急监测等场景提供了新的技术选择，打开 了精准探测的新大门。
未来发展展望
可见光高光谱探测技术的发展远不止于此，基于本次实验的成果与结论，明确了未来的发展方向，通过 多手段优化、多技术融合，让探测技术更精准、更全面：
1. 优化探测背景：在实际探测中，可利用白色底板等简易器材构建纯净探测背景，降低背景噪声干 扰，提升基础探测效果；
2. 多维同步探测：搭配多台 Living Optics 快照式高光谱相机与红外高光谱设备，从地基、空基多维度 对液滴云雾开展同步探测，突破单一维度的探测局限，实现液滴的定量测量与三维重构；
3. 技术融合仿真：结合 CFD（计算流体力学）手段，将高光谱探测获取的实际数据与仿真模拟相结 合，对液滴扩散情况进行精准仿真与预测，为应急处置、科研分析提供更全面的支撑。