高光谱成像 (HSI) 为采矿业提供了一种创新的解决方案，可以提高商业价值、可持续性和运营效率。虽然该技术主要通过高光谱岩心扫描仪应用于矿产勘探，但高质量的摄像系统在采矿作业和采矿后景观中提供了许多好处。HSI 可以提供有关地质背景下矿物和其他材料的成分和分布的详细信息。该技术有助于岩石和矿物测绘和表征，可以解析指示地下活动的表面模式，并绘制环境变化图，例如植被健康和表面 pH 值变化。

在矿山生命周期和采矿价值链中使用不同的 HSI 工具，采矿公司可以识别和评估开采的材料，以及地理空间监控其负责的区域，从而补充现有的钻探或采样点信息。其优势包括产品质量控制、分级、近距离分选、尾矿监测、废物处理和修复。它确保采矿活动符合监管标准并产生一致的高质量产出。

使用 HSI 有望通过提供比传统方法更快的结果并确保一致的矿石分级和矿山规划来降低运营成本。除了初级原材料外，HSI 已经在二级原材料领域发挥着关键作用，因为该技术支持采矿副产品和消费终端产品的回收和再利用。在这里，我们介绍高光谱相机如何成为寻求平衡盈利能力和生态管理的采矿作业的重要工具，并给出了采矿价值链中成功使用 HSI 的例子。

成像光谱学原理

高光谱成像，也称为成像光谱学，结合了两种技术：数字成像和光谱学。除了空间信息外，高光谱像素还包含具有数百种不同波长（或波段）的连续光谱。以这种方式生成的图像为场景的每个像素提供光谱信息，可用于根据其光谱“特征”识别、分类或量化场景中的材料。

在采矿应用中，高光谱相机可以安装在重型三脚架、无人驾驶飞机和飞机上、传送带和其他传送平台上、移动实验室中、卡车装载或称重站上以及许多其他位置。这些相机用途广泛、灵活且坚固耐用。它们只需位于物体的视线范围内，并在可见光至近红外 (VNIR；400-1,000nm) 至短波红外 (SWIR；1,000-2,500nm) 范围内激活太阳或人工照明，即可捕获来自表面的反射信息。数据的空间成像背景使地质学家能够更全面地了解数据，从而减少其他地球化学和矿物学方法中因采样误差而导致的潜在不一致性。

通过在 VNIR 和 SWIR 波长范围内运行的 HSI 相机，可以通过研究成像系统捕获的单个（像素）光谱的特征吸收特征、拐点和特征斜率来研究采矿价值链各个阶段的岩石材料。在地质环境中，在 VNIR 中检测到的吸收特征来自过渡元素，包括含铁矿物和稀土元素 (REE)，而 SWIR 区域通常用于识别与贱金属和贵金属矿床热液系统相关的蚀变矿物组合。可以在 VNIR-SWIR 波长范围内检测和绘制的矿物组包括碳酸盐、硫酸盐、磺盐、粘土和层状硅酸盐，例如绿泥石、滑石和白云母。

高光谱岩心扫描的新高度

HSI 技术已牢固地确立在岩心扫描技术中，为高分辨率矿物测绘提供了宝贵的经验教训。高光谱岩心扫描是一种非破坏性且省时的解决方案，可用于表征矿床的蚀变足迹。Specim的SIsuRock岩芯扫描系统是岩芯高光谱扫描行业的翘楚，现在还与中波红外 (MWIR；2,600-5,500nm) 和长波红外 (LWIR；7800-12,500nm) 相机集成，产生组合光谱范围为 400-12,500nm 的数据立方体。用于表面建模的 3D 轮廓仪允许在岩心扫描仪平台上的所有传感器之间进行精确的空间共配准。岩心扫描平台经过优化，可处理塑料、纸板或木箱中单排到多排岩心的高吞吐量，还可以处理钻屑盒、松散样品和岩体。 HSI 将生成高分辨率 RGB 样本图像、高密度矿物光谱数据立方体和 3D 激光轮廓数据集。

Specim相机被纳入全球各种服务提供商提供的众多岩芯扫描系统中，为矿产勘探提供宝贵的核心和芯片数字记录。

露天矿扫描和矿山建模

高光谱成像有助于将勘探工作引导至金属矿化区域，避免在未矿化区域进行昂贵的钻探活动。白云母、伊利石和绢云母等矿物是铜金矿床矿化区常见的热液蚀变产物。

例如，可以绘制这些材料的独特光谱吸收特征，以显示其在感兴趣区域内的空间分布。由于其确切位置受矿物化学成分影响，因此它可以揭示有关蚀变类型、强度和流体地球化学的详细信息。更重要的是，它也可以作为金属品位的指标。使用安装在三脚架上的 FX系列高光谱相机收集的数据，在 金矿绘制了这一特性。下图中的结果显示，在更深的深度，吸收特征向更长的波长移动。这种趋势反映了铝含量的下降和与矿化侵入体的接近。

露头规模的矿物图收集的高光谱数据生成。白云母 2200 nm 组合特征位置的变化表明成像的白云母的化学成分（特别是八面体铝含量）存在变化。

用于采石产品制的传送带和卡车负载扫描

传统上，采矿作业依赖于人工取样和测试，这需要大量劳动力、耗时且容易出现人为错误。高光谱成像提供了一种行之有效的替代方案，可以快速、全面地提供有关采矿材料化学成分和物理性质的数据。这使采矿工程师能够分析光谱模式的细微变化，最终确定矿物学或元素替代，并获取质量参数，例如指示镁或二氧化硅含量的变化。此外，从高光谱成像中获得的信息可以无缝集成到现有框架中，确保材料的提取和运输基于精确的地质假设。

通过集成高光谱成像，采矿运营商可以识别高质量区域，优化爆破模式，并尽量减少材料运输调整——最终最大限度地提高盈利能力，减少生产高质量产品所需的资源。实际上，高光谱相机可以战略性地部署在采矿过程的各个环节，包括卡车、矿井工作面、传送带上，或作为钻井机附近的移动实验室。例如，当卡车将新爆破的岩石从采石场工作面运送到破碎机时，安装在卸货设施上方的高光谱相机可以快速实时评估卡车表面的矿物含量。这使操作员能够识别任何与所需质量规格的偏差，并根据需要采取纠正措施，从而实现主动的质量控制方法。通过及时干预解决这些问题，采矿公司可以最大限度地减少产品拒收，优化资源利用率，并提高客户满意度。

无人机扫描已迅速融入矿场运营，从新奇工具转变为库存调查、设备检查和尾矿检查的必备设备。传统上，摄影测量主导着无人机传感，创建了矿场的 3D 模型。然而，随着各种传感器和地球物理仪器的出现，形势正在发生变化，其中 Specim高光谱相机正在产生重大影响。

高光谱相机虽然并不新鲜，但传统上一直被部署在飞机、三脚架、卫星和传送带上。无人机的短波高光谱相机彻底改变了这项技术，解决了重量和移动性带来的挑战。收集高分辨率 VNIR-SWIR 数据的能力为矿物测绘开辟了新途径，特别是在识别碳酸盐、硫酸盐、磺盐、粘土、各种氧化铁和绿泥石、滑石和白云母等层状硅酸盐等关键矿物方面。这些矿物在勘探中至关重要，对调整地质冶金和矿物加工具有巨大价值。无人机上的高光谱相机可实现预警系统，跟踪从工作台到磨机的矿石和废料，并监测修复区域的水化学和植物健康状况。它们已经在创建地质学家无法接触的露天矿的自动地质图方面表现出效用。

配备高光谱相机的无人机具有独特的优势。它们在较低的高度飞行，在云层下收集高分辨率数据，在需要时可实现亚厘米级分辨率。它们的重复勘测能力使其能够在各种场景中检测变化，促进半自动地质和资源模型更新、生产台架的每日飞行以及监控加工厂等重大投资的基础设施完整性。

开发具有成本效益的定期测绘、监测和地质灾害预测方法。Specim 的无人机系统提供高光谱和空间分辨率、灵活性和多模式集成。它实现了卓越的光谱分辨率，地面采样率约为 5-15 厘米。无人机机动性允许随时访问偏远地区，克服了卫星天桥和云层覆盖的限制。极端温度、湿度、灰尘、振动和冲击等环境因素会影响 HSI 摄像机的适用性。Specim摄像机等坚固的系统具有较高的“平均故障间隔时间”评级、环境密封和保护措施，可确保可靠的性能。系统具有易于采购的备件、最少的电缆和更长的电池寿命，从而提高了运营效率。

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