手持智能型高相机

芬兰SPECIM IQ高光谱相机凭借其手持便携性、开创性集成高光谱数据采集、数据处理及处理结果可视化于一体的特设计，于近期赢得国际公认的全球工业设计奖项 之一的“红点设计奖”（Reddot Award 2018 Winner ）。 图1 手持智能型高光谱相机SPECIM IQ荣获2018全球“红点设计奖”红点设计奖（Reddot Award）由德国设计协会创立，是国际公认的全球工业设计奖项之一，与德国"if奖"、美国"IDEA奖"并称为三大设计奖。这个让人梦寐以求的奖项次授予了高光谱领域成像设备，具有重大意义。 手持智能型高光谱相机SPECIM IQ获奖设计是由芬兰Specim公司设计师 Harri Salo，Caasi Design公司Mikael Heikkil?及Haltian公司Tuomo Kalajanniska三位设计师合作完成。设计之初，他们就将重点集中在现场易用的设计理念上，荣获“红点设计奖”也证明了SPECIM IQ设计师所做出的正确选择。“高科技设备很少会以其易用性或设计为荣，SPECIM IQ高光谱相机是个特例。我们对高光谱成像技术已基本熟知，现在我们想把这些知识整合到一个更利于用户便携使用的程序包中” ，SPECIM IQ项目负责人Harri Salo说道，“同时，我们希望让更多的人能够利用高光谱成像技术进行研发创新。”图2 SPECIM IQ设计团队部分成员， 由左至右： Mikael Heikkil? – Caasi Design, Harri Salo – Specim, Tuomo Kalajanniska – Haltian在SPECIM IQ简单图形操作界面的背后，隐藏着的是非常复杂及的数据采集和处理过程。相机内置的数据处理软件，结合SPECIM IQ Studio高光谱数据分析建模软件，使得用户无需高数知识背景的情况下，在采集数据现场即可立刻得到高光谱数据分析结果。正是以其特的创新和高质量的工业设计，SPECIM IQ手持智能型高光谱相机终赢得了评委的重视和青睐。 图3 SPECIM IQ便携数据采集与处理同时，芬兰SPECIM IQ手持智能型高光谱相机集成化的设计、实时的数据分析，简单便携的设计为高光谱技术的应用创造了无限可能，在植被研究、食品分析、犯罪调查、艺术品分析以及健康检查等领域都有着非常广泛的应用前景。相关产品及其链接：1、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ：http://www.instrument.com.cn/netshow/C282348.htm2、芬兰SPECIM 工业高光谱相机FX系列：http://www.instrument.com.cn/netshow/C265811.htm3、芬兰SPECIM 艺术品高光谱成像系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C237971.htm4、芬兰SPECIM高光谱矿石成像工作站：http://www.instrument.com.cn/netshow/C160538.htm5、芬兰SPECIM高光谱化学成像工作站：http://www.instrument.com.cn/netshow/C160497.htm

导读 高光谱成像传感器是近几年研究用于监测不同环境中农作物和植被的有效工具。植物的生理学，形态学或生物化学信息可以通过非接触的方式以及不同尺度下评估。例如，利用高光谱传感器用于植物表型分析或农业中的生理胁迫研究。截至目前，市面上有各种非成像和成像高光谱传感器可供选择，这些仪器进行测量的过程相当复杂。因此，现代化检测及研究中对易于用户操作的高光谱传感器的需求日益增加。芬兰新发布的一款新型小型手持式智能型高光谱相机——SPECIM IQ，就是基于用户的现代化便携操作而设计的。SPECIM IQ的机身小巧轻便，只有1.3kg，实现轻松手持操作；同时在相机中直接集成了操作控制系统，通过相机自带的触摸屏就可实时实现基本数据的采集和分析过程（如预处理和分类例程），实现智能化操作。便携手持、现场实时快速检测、全自动智能分析、高质量数据，相信 SPECIM IQ 如此多的现代化特征会让您的高光谱研究更加得心应手！以下我们将SPECIM IQ采集的高光谱数据与已经十分成熟高光谱成像仪技术SPECIM V10E 进行定性对比，发现SPECIM IQ便携手持的设计并未影响到相机的数据准确性，一致地获得了高质量高光谱数据。同时，手持智能型SPECIM IQ还可以实现对植物表型的鉴定以及病害研究检测等，在植物科学研究及其他领域具有无限可能。1、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ与SPECIM V10E的定性对比 通过与性能的SPECIM V10E相机对比，我们评估了新型SPECIM IQ的成像质量。SPECIM V10E在推扫式高光谱相机领域是一款具有代表性且广受好评的产品，与SPECIM IQ具有相同的光谱范围（400-1000nm）。在实验过程中，通过采用4倍的光谱合并，达到与SPECIM IQ相似的光谱采集，共有211个波段，每行数据具有1600个像素。研究人员利用两款设备分别在室内（卤素灯光源）和室外（自然光光源）对具有不同颜色的样本：纸片和聚乙烯胶片，进行了高光谱数据采集和对比。 图1 智能型高光谱相机SPECIM IQ（207mm*91mm*74mm） 经过对比，得到如图2所示结果。对相同样本，两款设备采集的光谱形状高度重合：实验室的平均值是0.009，室外平均值为0.043。SPECIM IQ和SPECIM V10E的平均标准偏差分别为室内（0.017和0.021）和室外相同（0.029和0.029），但SPECIM IQ更为均，SPECIM V10E在光谱边界处具有更高的噪声水平（400 -450nm和400-450nm）900-1000nm，见图2）。研究表明，除了925-970nm范围内的大气水汽吸收带之外，周围光谱的原始信号较弱，导致反射信号的快速增加。 图2 平均光谱包含绿色纸片（A）和紫色聚乙烯片（B）的标准差，C表示室内测试的不同颜色的样本 图3 室外数据的光谱对比（A-D）：绿色纸片、暗黄色纸片、紫色聚乙烯胶片以及蓝色聚乙烯胶片 2、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ对拟南芥的生理胁迫研究 通过植被指数可评估不同状态下植被的生理结构和功能特性，包括生物量、冠层结构、叶面积指数、叶绿素含量以及植物冠层的光利用效率等。研究人员利用SPECIM IQ对拟南芥的两个变种在胁迫状态下的生理状态分别进行了研究。由于缺乏PsbS蛋白质和紫黄质脱环氧化酶，拟南芥的变种样本对光能量利用能力减弱（非光化学淬灭），但在室温条件下可正常发育，在高光照条件下，突变体可能受光损伤，这些都是肉眼无法察觉的。利用SPECIM IQ对18个样本进行数据采集，并对所采集的数据进行植被指数计算，在此基础上，对样本的叶绿素含量和类胡萝卜素转化的敏感程度进行了评估（图4）。 图4 在非胁迫适应（NSA）和胁迫适应（SA）拟南芥野生型（Col-0）和PQ缺陷突变体（npq1和npq4）之间观察到的差异。 左侧面板显示选定感兴趣区域的假彩色图像（A） NDVI（C） REIP（E） 和由SPECIM IQ采集数据计算的PRI（G）。 右侧面板显示计算出的平均值和标准差（B） NDVI（D） REIP（F） 和PRI（H）从三个单的植物随机分布在成像框架，不同的字母表示基于LSD的显着差异（a = 0.05）。 研究表明，SPECIM IQ可用于拟南芥中叶绿素（NDVI）和叶黄素（PRI）的含量的检测，并能评估植株样本的状态。通过验证具有代表性的植被指数，可为其它植被指数的评估计算提供样例，并为在植被研究领域获得更多生理信息奠定了基础。 3、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ对大麦白粉病的研究 高光谱成像作为非接触式的测量传感器，在植物疾病严重程度与宿主植物对特定植物病原体的易感性的评估方面有很大的应用。本研究利用SPECIM IQ评估了不同大麦品种在冠层尺度上的白粉病严重程度，并对品种Milford和Tocada进行了4个和7个不同的白粉病易感性等的比较。研究准确地检测了两个品种的白粉病症状，并通过高光谱成像结合数据分析方法评估品种的不同疾病严重程度。研究人员利用SPECIM IQ对在温室中培养的360个大麦植物样本（稳定的漫射光条件下培养）进行检测，并使用的白色参考板（见图5）和SPECIM IQ的内置功能对高光谱数据进行归一化。研究人员利用SPECIM IQ Studio的光谱角匹配方法（SAM）进行感染检测并与支持向量机分类（SVM）方法进行对比，检测到上部叶中具有类似病状的区域。 图5 使用光谱角匹配（SAM）和支持向量机（SVM）对白粉病进行分类，图像左侧包含白色参考面板研究表明，大麦白粉病的样本检测到的疾病症状分别为所有植物像素的25.8％和4.4％，而健康部分只有2.0％和2.2％。现有的错误分类主要是白色参考边界处（看起来像叶面上的白色菌丝体）混合像素的影响。为了消除这种系统偏差，通过减去错误分类像素量来确定疾病严重程度，预测分析的品种的2.2％至23.7％的强烈差异。因此，SPECIM IQ可用来测量评估复杂冠层的疾病严重性，控制光源照明条件保证高信号质量，此项研究也证明SPECIM IQ空间分辨率足以确定大麦叶片上的单一症状。4、总结 手持智能型SPECIM IQ相机在植物生理和病害检测中具有巨大潜力。通过SPECIM IQ与SPECIM V10E室内和室外环境中对不同材质色卡辐射测量评估，得到两者的光谱特性高度一致性。根据植被指数分析得到的结果表明手持智能型SPECIM IQ在植物研究和表型分型策略的背景下的应用潜力：对于白粉病的评估，表明SPECIM IQ具有足够的测量能力，并且与SVM相结合，在量化中对视觉评估的高度一致性。作为新智能型的高光谱相机设备，手持式SPECIM IQ除具有高精度的数据质量外，其设备本身具有高紧凑性、可移动性强和快速集成处理能力，为科技新领域的应用创造了有利条件。手持智能型SPECIM IQ的发布让高光谱传感器技术以实验室设备的质量水平传输到温室和现场，而无需任何载体平台或控制和存储设备，因此，该款设备的诞生无疑可以支持各个场景下的不同应用，并推动现代高光谱技术在更多领域的发展和影响。 相关产品及其链接1、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ：http://www.instrument.com.cn/netshow/C282348.htm 2、芬兰SPECIM高光谱航空遥感成像系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C160539.htm 3、芬兰SPECIM 工业高光谱相机FX系列：http://www.instrument.com.cn/netshow/C265811.htm

在液氦资源日益紧张的今天，越来越多的实验室开始考虑使用氦液化器来进行循环回收使用液氦，这样既省去了来回采购使用液氦的麻烦，又节省了不少液氦的消耗费用。尤其在一些偏远的地方，购置液氦本身就非常困难。近期，Quantum Design中国工程师相继完成了昆明理工大学和中国科学院物理研究所智能型氦液化器ATL的安装调试。在中国科学院物理研究所的液氦回收测试中，单台冷头峰值液氦回收率达到近40L/天，得到了客户的高度认可，这充分体现了智能型氦液化器ATL的高效回收。 图1：Quantum Design智能型氦液化器ATL系统实物图（多套联用） Quantum Design公司30多年来一直致力于低温系统的研发与设计，积累了大量的技术和经验，从用户的使用角度出发，设计研发出的智能型氦液化器ATL，可针对不同客户需求，实现多种液氦回收方案。ATL具有单冷头液化效率高（＞25L/天）、智能型操作与监控、方便移动输送液氦以及扩展灵活等特点，在传统型的氦液化器基础上有了非常大的改进。 图2：智能型氦液化器ATL工作原理 截止到目前为止，Quantum Design中国已成功为中国科学院生物物理研究所、南京大学、上海高压先进科研中心、华中科技大学、河南大学、复旦大学、中国科学技术大学、北京理工大学、昆明理工大学、中国科学院物理研究所等国内多个高校和科研院所顺利安装了智能型氦液化器ATL。多台设备的平稳运行将持续为中国的低温超导科研提供新的助力。相关产品及链接：智能型氦液化器ATL：https://www.instrument.com.cn/netshow/C167860.htm