利用高光谱激光雷达监测昆虫多样性

高光谱激光雷达通过分析翅膀的干扰模式，提供了一种实时监测昆虫多样性的革命性方法。

隆德大学、Norsk Elektro Optikk和FaunaPhotonics合作使用NKT Photonics SuperK FIANIUM超连续谱光源证明了这一点。新方法在环境监测的其他领域也有潜在的应用，如植被、气体和颗粒物的传感。

昆虫数量的减少威胁着我们的生态系统

昆虫通过帮助作物授粉、分解和营养循环，在我们的生态系统中发挥着至关重要的作用。然而，我们正在目睹昆虫数量和物种多样性的下降。

它们消失的主要原因是栖息地的丧失、杀虫剂的使用和气候变化。在全球范围内，我们实施保护昆虫及其栖息地的战略，并采取后续行动，看看我们是否成功。

“停止生物多样性丧失”是联合国的世界目标之一。但是，你是如何对自由飞行的昆虫进行计数和分类的呢？

你怎么计算自由飞行的昆虫？

想象一下，拿着蝴蝶网站在草地上。现在，捕捉并统计一平方公里内的所有昆虫，并确定所有物种。不那么容易。传统上，我们通过捕捉和分析昆虫来监测昆虫，这既耗时又昂贵。

机器视觉和分布式传感器也被用于昆虫监测。然而，由于快速移动的昆虫和需要监测的大面积区域，出现了焦点问题和运动模糊等挑战。昆虫不依赖图像，而是可以根据它们飞行时发出的声音进行分类，这有助于克服聚焦和运动模糊的挑战。

瑞典隆德的团队开发了一种高光谱激光雷达（光探测和测距）解决方案，该解决方案可以计数昆虫，及时解决它们的翅膀跳动，同时解决亚微米翅膀中的光谱干扰，以区分物种。

使用翅膀干涉图案对昆虫进行分类

高光谱激光雷达发射激光以创建1D、2D或3D地图，其中探测器体积内的每个点都包含来自多种波长光的反向散射强度。在昆虫监测的情况下，通常使用1D样条。昆虫通过一个固定的激光束，该激光束记录到昆虫的距离和反射光谱。

昆虫的翅膀是薄的膜。当激光照射到昆虫翅膀上时，一些光从第一表面反射，一些光在穿过翅膀后从第二表面反射。这将创建称为机翼干涉图案的图案。每个物种都有特定的翅膀拍频和翅膀干扰模式，可以用来区分它们。这使得在其自然栖息地区分数百种自由飞行的昆虫成为可能。

该研究小组发明了一种设备，可以以10纳米的精度测量机翼的不均匀性以及机翼厚度。他们将其与描述翅膀如何移动的模型相结合，从而获得一种全新的昆虫识别方法。

他们目前的方法可以以每秒600个高光谱回波的速度检测数百米以上的所有昆虫。

实验室记录。a） 豆娘的翅膀在镜面照明下显得有光泽；在一些翼点上可以看到结构色。b、 c）通过红外高光谱成像获得同一机翼在共极化和去极化（波段选择：蓝色@1250 nm，绿色@1700 nm，红色@2300 nm）中的假彩色图像。d） 机翼厚度和调制深度图。e） 来自薄区域和厚区域的选定橙色和绿色圈出的机翼像素的条纹示例，以及来自整个机翼的有效条纹（蓝线）。示出了厚度d和调制深度M。去偏振反射的缺失表明该现象是高度相干的。f） 检查机翼的厚度直方图。出版物标题。