科学人文艺术的结合

——学习《高光谱遥感信息处理》一书有感

      初识《高光谱遥感科学丛书》是看到2018年国家出版基金公布的名单， 2021年终于等到丛书出版。 

      丛书瞄准国际前沿和技术难点，围绕高光谱遥感领域的关键技术瓶颈，分别从信息获取、信息处理、目标检测、混合光谱分解、岩矿高光谱遥感、植被高光谱遥感六个方面系统地介绍和阐述了高光遥感技术的最新研究成果及其应用前沿。

      丛书的学术顾问、主编团队阵容强大。作者们都是多年从事高光谱遥感技术研发及应用的专家和科研人员：童庆禧院士、薛永棋院士、李德仁院士、张兵研究员、张立福研究员等。

      童院士这个名字我在参与编辑组织出版1999年的《北京大学地理科学丛书》和《北京大学地理教学丛书》时只闻其名，因为丛书顾问中都有这个名字，《北京大学地理科学丛书》第一本书是《地理环境概述》（胡兆量著），这是科学社地理图书最经典的一本科普读物，类似麦克劳希尔经典的《地理学与生活》的写法，书的文前选了这幅插页作为开篇，是吴良镛中国美术馆展览中题写的一幅字——科学求真 人文求善艺术求美（图1）。

图 1 吴良镛在中国美术馆展览中的题字

      这幅字也可以表达我初读这套丛书中《高光谱遥感信息处理》这本书的印象。怎么讲？且看我的读后感吧。

图 2 “高光谱遥感科学丛书”之《高光谱遥感信息处理》

      其实，对出版人来说，阅读一本书的第一件事都是看封面装帧，这本书的封面装帧充分体现了科学准确、人文关怀和艺术表达三者的结合。哑光银特种纸做底烫银设计，我理解哑光银是《中国传统色——故宫里的色彩美学》中的白云母色（图2），预示了书中会有高光谱在故宫文物研究的内容？

      书名烫银是明亮的，是航空飞机航天卫星的太空银，表现了遥感的载体；装帧用了耐用、朴素的锁线精装，低调奢华又雅致，符合环保理念，也与书中环保水质监测内容相呼应。理工医艺的简洁审美是直接，不求唯美和繁复，比如函套腰封这些都省掉。

图 3《中国传统色——故宫里的色彩美学》中的白云母色

     再读内容，更是体现了科学准确、人文关怀、以及艺术应用。颠覆了以往遥感的作用就仅是土地分类、农业估产、林业应用等等的认知。

科学性

1.科学是分类

      前几日有位植物学家告诉我，科学是分类。想了想很有道理，也找到案例，遥感就是对地物进行分类，这是遥感科学的目标。

      高光谱遥感是高光谱分辨率遥感的简称,一般将光谱分辨率在10-2λ数据量级范围内的遥感称为高光谱遥感，又通常被称为成像光谱遥感。

      与全色、多光谱等传统遥感相比,它具有波段多、光谱通道连续等特点，使得传统遥感手段无法感知的地物目标的具有诊断性的光谱特征得以探测,极大提高了遥感探测能力。

      早在20世纪80年代初，原中科院遥感所的童庆禧在与美国科学家交流时，了解到成像光谱技术发展的有关信息，坚信这是遥感技术发展新的技术突破方向，便与上海技术物理研究所的薛永祺开展了我国成像光谱技术发展的可行性探讨和技术研究。

      上世纪80年代中期，由于改革开放，国家对外汇的需求迫切提高，组织黄金找矿和科技攻关迫在眉睫，国家黄金遥感找矿的应用推动了成像光谱技术的发展。中国科学院作为重要力量加入其中，并起到引领作用。

2. 交叉学科发展前景广

      高光谱遥感属于多学科交叉的遥感新方向，具有广阔的发展前景。高光谱遥感实现了从“定性到定量”的遥感对地观测，被认为是遥感技术发展以来最重大的科技突破之一。

      高光谱数据包含的波段数量众多,提供了极其丰富的地物光谱信息,有助于更加细致地进行遥感地物分类和定量反演。

当然得到更多的信息是好事但也带来了难题——高光谱遥感原始数据如何转化为高光谱遥感信息成为难题。

      为了解决这个难题，本书的作者们紧密结合应用需求，介绍了高光谱遥感数据处理与信息提取算法模型及创新应用研究方面的取得的成果。

人文关怀

      高光谱遥感能分辨出观测物质的分子结构，能够探测人眼无法看到的大量信息，提高人们对物质成分的认知，使高光谱遥感由“高大上”走入寻常百姓生活。

      党的十八大报告中提到的：要满足人民日益提高的对美好生活的要求。水是生命之源，生活必需品。由于水资源的缺乏，水污染的加剧，国家设立了“水专项”对湖泊和河流的研究，前期已经投入了几十亿元，并会持续加大经费投入。

      而本书中提及在水环境监测的应用，特别是在一些环境污染研究难度较大的领域，如水质在线监测方面，发挥了极大的作用。

本书成果——水质光谱智能监测系统，从水面、水中到水下，实现了全方位立体地对水的各种物质进行快速准确的检测，比如水面的藻类，水中的泥沙、有机污染物，水下排污口的水质、流速、流量实时监测等。

      同时，获取的光谱数据能够实时传输到云平台，进行实时智能分析。这项应用应和了国家需求，实践了让人居环境更美好、更健康的理念，体现了本书成果在人文关怀方面的价值。

艺术性

      本书成果从宏观到微观，从定性到定量，在古画识别和文物修复方面也实现了创新性的应用。

      最近热门的大展“何以中国”在故宫结束了，并进入了海淀区初中考卷中，如何提取文物中的可见光不见的信息？本书成果给出了明确的答案（图4、图5）。

      书画文物的隐藏信息提取是书画文物信息提取的研究重点。书画文物在绘制和长时间流传过程中,会出现颜料叠加遮挡、氧化退化、破损缺失等状况。利用高光谱成像技术“图谱合一”的特点,可以揭示单纯光谱分析或数字影像分析不易察觉的信息,从而再现这些隐藏信息，还原书画创作过程。

      作者团队研制的国内第一台文物高光谱扫描系统，可以实现大幅面平面类文物高光谱数据的采集、拼接及相关数据处理，在书画类文物的隐藏病害提取、颜料工艺研究方面起到了重要作用。

图 4  黄肠题凑的原始图像与经过分析处理后图像的对比

图 5 故宫藏画中头冠颜料隐藏信息提取

      国务院办公厅关于印发“十四五”文物保护和科技创新规划的通知中提及，加强“十四五”时期文物保护和科技创新工作， 要加强卫星遥感、无人机、大数据等科技手段的应用。

      为此，本书成果——书画文物高光谱无损检测系统平台，将更好地推动文物科技工作的发展,促进高光谱遥感技术在文物数字化存档、文物诊断、文物修复等领域的应用。

      再读此书体会到，作为一名知名的科学家，通常也会是成熟的图书作者，通过出版专著来传播科学技术。

      比如我自己认识童院士首先是在北京大学地理科学丛书顾问名单上，陆续在一些地学稿件中看到他的名字在序言、绪论、参考文献中出现，后来做科学出版社图书资源回溯，看到他译著《地球资源技术卫星》1980年就在科学出版社出版的，1990年出版过《中国典型地物波谱及其特征分析》，这些刚好说明他是“中国遥感技术应用领域最早开拓者”。

      后来他也在高教社出版过高光谱方面的教材，红外方面的专著，都很有影响力，我做市场调查时会引用这些书做案例。这些都是我做图书选题的榜样，后来策划过国家出版基金项目《地球观测与导航技术丛书》也是从以上图书获益匪浅。

      最后希望这套丛书，特别是这本《高光谱遥感信息处理》会成为地理、遥感、环境、考古、水资源等领域的学者、学生和应用人员的一本经典常备书、工具书，常用常新，且不断再版。

                                   ***********************致谢*****************

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