監(jiān)測昆蟲種群是了解自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，特別是當這些種群因農(nóng)藥使用或氣候變化而出現(xiàn)下降時。一種基本方法是捕獲活昆蟲進行識別，這是一個相對耗時且昂貴的過程，但現(xiàn)在正在將更先進的光子探測技術應用于這項任務。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，丹麥NKT Photonics和瑞典隆德大學（Lund University）研究了如何使用高光譜激光雷達平臺來計數(shù)昆蟲、測量其翅膀拍動的頻率，以及解析翅膀的相干散射以區(qū)分不同的物種。該研究結果以“Remote Nanoscopy with Infrared Elastic Hyperspectral Lidar”為題發(fā)表在Advanced Science期刊上，可能徹底改變昆蟲監(jiān)測現(xiàn)狀。

豆娘翅膀的紅外高光譜成像（可以根據(jù)數(shù)據(jù)評估翅膀厚度并識別昆蟲）

研究人員開發(fā)的平臺采用了一種稱為彈性高光譜Scheimpflug激光雷達（EHSL）的技術。Scheimpflug原理最初源自航空攝影，涉及鏡頭和探測器相對于彼此傾斜，從而增加系統(tǒng)可以實現(xiàn)的焦深。

在圖像傳感器根據(jù)Scheimpflug原理定向的激光雷達系統(tǒng)中，指向大氣的激光束的反向散射可以到達傾斜的傳感器，所有反向散射回波同時聚焦，這是一條通過大光學孔徑達到理論上無限焦深的途徑。

在瑞典南部的試驗中，NKT Photonics和隆德大學搭建了其實驗設備，讓夜間活動的昆蟲穿過固定的激光束，并記錄與昆蟲的距離和反射光譜數(shù)據(jù)。該項目研究人員說道：“昆蟲翅膀是一種薄膜。當激光照射到昆蟲翅膀時，一些光從第一個表面反射，一些光穿過翅膀后從第二個表面反射。這會產(chǎn)生翅膀干涉圖案?！?/p>

不同的昆蟲物種具有特定的翅膀拍打頻率和翅膀干涉圖案，并且從這兩種特征屬性捕獲數(shù)據(jù)可以使區(qū)分自然棲息地中的數(shù)百種自由飛行的昆蟲物種成為可能。

實驗監(jiān)測平臺采用連續(xù)波Scheimpflug激光雷達以及同一架構的非彈性高光譜版本，該版本之前已在熒光模式下開發(fā)和使用。項目研究團隊表示，在激光雷達中結合光譜技術可以檢索遠距離的微小特征。

該項目在其發(fā)表的論文中表示：“此前已通過偏振激光雷達和雙頻激光雷達遠程探昆蟲測翅膀拍打。但到目前為止，還沒有遠程設備能夠捕捉到翅膀干涉圖案，通過光譜解析并唯一地確定翅膀厚度?！?/p>

該項目證明，新方法在夜間部署在野外時，成功捕獲了飛行中昆蟲的翅膀拍打信號，并為遠程獲取納米級精度的昆蟲翅膀厚度提供了可能性。

研究人員表示：“到目前為止，用于檢測自由飛行昆蟲的激光雷達技術主要依賴于翅膀拍打模式的頻率分析，這需要在光束傳輸過程中進行多次翅膀拍打。我們的EHSL技術原則上可以通過單次微秒閃光（flash）來確定翅膀厚度?！?/p>

其它形式的光學遙感或環(huán)境監(jiān)測也可以利用基于相同原理的探測設備。該項目指出，用于植被冠層的高光譜激光雷達可以改善樹種分類并報告葉子水分、施肥或內(nèi)部葉子結構，同時也可以對溫室氣體和其它分子進行大氣傳感。

審核編輯：劉清