高光谱

据相关研究机构的数据显示，2021年全球高光谱成像系统市场154亿美元，预计到2026年该市场将增至358亿美元，复合年增长率为18.4%。随着技术的进步，当前，高光谱成像系统的应用领域也从最初的地球卫星成像，覆盖到农业、环境、制药、食品测试、医疗诊断、艺术研究、环境等更多领域，为各学科、各领域带来了新的机遇，成为科学研究中必不可少的工具和手段。为了展现高光谱仪器和应用的最新发展态势，仪器信息网邀请杭州高谱成像技术有限公司市场营销部主管 吴水龙就“异军突起的高光谱技术”主题活动参与投稿分享，了解高光谱的最新进展情况。以下为杭州高谱成像技术有限公司投稿内容：仪器信息网：如何评价目前全球及我国高光谱技术和应用的发展现状？相较国外，我国高光谱发展历程有什么不同？吴水龙：总的来说处于求同存异，目前正处于中外合作共同扩大高光谱市场的规模和增加各类行业应用数量阶段，技术已经成熟，产品尚未成熟，技术规范和行业标准尚未建立起来。我国高光谱发展核心配件受禁售中国限制，导致需要自建全套高光谱所需核心配件，而国外在高光谱谱段范围上不受任何限制，相比之下国产高光谱的可选择性不多，成熟化推广因此受限。目前国内只有250-1700nm已经成熟，900nm-2500nm开始的短波红外高光谱受相机类配件供应限售原因无法有效展开，急需国产化供应能提供此类或更高谱段的红外相机。仪器信息网：从技术的角度而言，当前高光谱技术发展是否成熟？还有哪些新的技术亟待发展？吴水龙：光学类技术发展缓慢，单纯的高光谱技术原理层面已经多年未有大的变化，或更好的理论提出。高光谱技术从原理到实现层面来看，已经非常成熟，而且已经被越来越多的科研和工业客户用实际的应用价值证明。但是高光谱技术要从科研走向商用尚有许多工作要做，比如小(微)型化，小(微)型化是C端客户重要门槛；比如轻量化，轻量化是无人机载模式高效率使用的一个考量，沉重的设备会影响滞空时间；比如数据呈现行业化，因高光谱技术出现晚和发展时间短，各行各业的应用尚处于探索阶段，很多客户拿到设备还需要自己有应用软件研发能力，这是一个很大的制约因素；再比如数据降维，高光谱数据信息量大，同一个数据可提供给不同行业的客户进行分析使用，但是单一客户不需要如此丰富的数据，仅需对他有用数据即可，在什么环节进行数据降维，如何根据行业需求进行降维也是未来高光谱设备配套的必须软件；再比如融合应用，高光谱数据与孔径雷达数据、激光点云数据、高清图像数据等多源数据精细化融合及利用彼此数据的优势形成高质量的结果分析等也是未来技术发展的趋势；再如谱系融合应用，高光谱不同谱段相机数据融合使用和分析。仪器信息网：从应用的角度而言，目前成熟的应用领域有哪些？最具前景的应用体现在哪些方面？ 吴水龙：杭州高谱成像技术有限公司目前在环保类的高光谱水质监测领域，农林类树种识别，枯死树、植被养分长势等监测，国防公安类的反伪装、罂粟识别等，工业分拣类的食品酸甜度无损监测，塑料分拣，食品包装完整性、漏液等检测，矿石分拣等应用很多。目前来看工业类最有前景。仪器信息网：贵公司什么时候进入高光谱领域？为什么会选择这一赛道？吴水龙：杭州高谱成像技术有限公司成立于2019年，立足于用光学类技术解决方案服务于各类客户。因公司创始人在高光谱相关领域已经有近20年的学习和从业经验，是国内为数不多的高光谱的软硬件综合解决能力拥有者，有着丰富的高光谱行业应用解决经验，因此选择此赛道进行创业。仪器信息网：当前，贵公司在高光谱仪器产品线方面是如何布局的？主推的产品有那几款？吴水龙：杭州高谱成像技术有限公司紧紧围绕自研的高光谱光机电研发技术，全力打造全谱系高光谱相机，积极研发基于应用场景的高光谱产品。目前高光谱相机谱段能做到国产自研的是250-2500nm，分紫外高光谱相机（250-490nm），可见近红外高光谱相机（400nm-1000nm），近红外高光谱相机（900-1700nm），短波红外高光谱相机（1000-2500nm），上述几款已经可以做到国产化生产。基于上述的高光谱相机品类结合国内外客户需求研发推出了以下品类市场化产品：• 高光谱相机。250-2500nm各谱段高光谱相机，提供给各类具备后续研发和集成能力的客户。•无人机载型高光谱成像系统。全国产化研发生产，因此能根据客户需求进行全新光路设计和产品形态设计，能适配各类客户要求机型。从多旋翼无人机到固定翼无人机再到有人机，只要负重够、空间足，我们能解决高光谱挂载全部问题。• 实验室高光谱成像系统。专为实验室研究人员设计，能有效降低环境光对实验数据的影响，具备高质量采集数据的能力。• 显微高光谱成像系统。为专门做微观研究的用户准备，特别是芯片研制，生物医药等领域，是今年爆款产品。•内窥镜高光谱成像系统。内部狭隘空间检测利器，传统检测设备无法满足的检测性能，内窥镜高光谱能做替代方案。•便携式高光谱成像系统。方便用户随时随地展开数据采集试验。具备自动对焦，独立电源，可长时间户外使用。仪器信息网：目前中国高光谱相关仪器品牌的竞争情况怎么样？贵单位的优势体现在哪些方面?有哪些成功案例？吴水龙：竞争情况可以说是群雄争霸，但良莠不齐，部分友商恶意报价。杭州高谱成像技术有限公司优势有：①全国产化。不怕卡脖子，交货底气足，交货可靠性和时间承诺有保障。售后维修等都非常简单。②具备定制能力。深厚的自研能力决定了能解决所有能用钱解决的问题。③性价比与同类国外品牌相比，高出一筹。④采集数据相比竞品略胜一筹。目前合作的客户有：北京核工业研究所，浙江大学，北京理工大学，浙江农林大学，浙江农科院，上海技物所太仓中心等。仪器信息网：对中国高光谱市场规模和增长有什么样的预期？理由是什么？吴水龙：未来已来，随着科研市场普及和工业市场兴起，高光谱成像仪市场会变得越来越大。因为市场反馈出现积极的信号，各类科研和行业客户的咨询量出现了明显增长。仪器信息网：基于此，贵公司未来高光谱方面的发展规划？吴水龙：本着成为全球光学应用和技术方案解决商的定位出发，做足做深高光谱相机技术，扩大应用领域范畴。目标是：①努力加强高光谱相机技术。②积极在工业、农业、环保等应用发展行业应用。

p 　　2018年5月9日，北京时间2时28分，我国在山西太原卫星发射中心成功发射“高分五号”高光谱卫星。中国科学院上海技术物理研究所承担研制卫星红外地平仪(已在入轨初期成功捕获地球)和可见短波红外高光谱相机。 /p p 　　作为“高分五号”卫星六大主载荷之一，可见短波红外高光谱相机是国际首台同时兼顾宽覆盖和宽谱段的高光谱相机，对复杂地物、环境具有突出的识别和分类能力。它可同时获取观测对象的几何、辐射和光谱信息，并以足够高的光谱分辨率、空间分辨率和辐射分辨率，定量获取观测目标的构造和成份等信息，同时获取观测路径上大气等相关信息，实现对陆地表面高光谱、高空间、高辐射分辨率成像光谱观测。 /p p 　　可见短波红外高光谱相机以高光谱的方式实现对地优于30米空间分辨率的连续成像，它具有330个光谱通道，比一般成像相机多了近百倍 其光谱覆盖可见光至短波红外的2100纳米范围宽度，比一般相机宽了近9倍 特别是同时实现的60公里高光谱成像幅宽，将极大提高对全球陆地环境生态资源的探测能力。与国际上经典的高光谱相机相比，该载荷幅宽提高8倍，光谱数增加近百个，信噪比提升近4倍 与美国、德国、日本、加拿大等国际上当前发展的高光谱相机比较，其综合性能和主要技术指标可保持5年以上的国际领先水平。 /p p 　　上海技物所创新性地提出基于视场倍增远心成像和凸面光栅大平场度低畸变分光的高光谱成像方案，历经10年时间，突破了小F数大视场低畸变远心成像，大平场度超低畸变精细分光、在轨高精度光谱辐射定标、大规模高帧频红外焦平面探测器等关键技术，完成高光谱相机的原型样机、工程样机、鉴定产品、发射产品的研制。相机入轨后，将有力提升我国在环境、生态、资源、农业、林业等多个领域遥感监测方面的能力，有效服务“美丽中国”建设，使我国高光谱遥感技术再上新台阶，走在国际前列。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/39eacb35-8a94-47c6-87c3-a8a96b880be2.jpg" title=" 微信图片_20180510094457.jpg" / /p p style=" text-align: center " 卫星发射现场 br/ /p p br/ /p

2023年4月4日，生态环境部在北京举行高光谱观测卫星在轨投入使用仪式。上海技物所研制的可见短波红外高光谱相机(AHSI)经过在轨测试交付用户投入业务应用。 　　AHSI是2021年发射的高光谱观测卫星主载荷之一，可实现2.5到10纳米光谱分辨率、30米空间分辨率、60公里幅宽，能够同时获取地物从0.4到2.5微米波段范围内的高光谱影像信息，是我国首台可在轨动态配置的宽幅宽谱高光谱相机。 　　测试结果表明，AHSI获取的图像清晰，光谱和辐射定量准确，空间结构和光谱反映能力强。与国际同类载荷相比，其综合性能达到国际领先水平。相机在河流/水库/湖泊等不同体量内陆水体的各类水质参数提取、矿区周边生态胁迫、植被精细分类和植被指数反演、大宗固体废弃物遥感监测、海洋生态环境监测、点源甲烷探测等生态环境应用方面，以及在矿物信息精细提取、作物种类识别和生长参数反演、区域产草量等行业应用方面，均具备突出的在轨应用能力，为我国水环境监测、自然生态监测、碳排放监测以及生态环境监管等主体业务提供了国产高精度高光谱数据保障。 　　目前，AHSI正与同为上海技物所研制的资源02D、资源02E、高光谱综合观测卫星同类载荷组网协同观测，使我国拥有当前国际上时-空-谱综合观测性能最强的高光谱对地遥感能力，有效服务于我国环境质量监管和自然资源调查等重大需求。AHSI获取的武汉市(2022年5月)的可见近红外光谱立方体(左)和短波红外光谱立方体(右)南四湖、太湖、滇池水质叶绿素a浓度反演结果通过矿物识别分层谱系、光谱特征归一化与光谱特征综合法以及光谱分解法进行矿物信息提取。图为测试区高光谱矿物填图。测试区农田土壤类型调查。图(左)为假彩色合成原始影像，图(右)为测试区农田土壤类型遥感监测识别结果图。煤炭工业园区内的煤矿矿井开展甲烷泄漏监测