摘要

在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、食品安全檢測、工業(yè)分選、環(huán)境監(jiān)測、文物保護(hù)、地質(zhì)勘探等眾多領(lǐng)域，傳統(tǒng)成像技術(shù)難以區(qū)分物質(zhì)成分差異，而傳統(tǒng)光譜分析又無法獲取空間分布信息。高光譜成像技術(shù)融合了光譜分析與光學(xué)成像的雙重優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)獲取目標(biāo)的二維空間信息與一維光譜信息，形成“圖譜合一"的數(shù)據(jù)立方體，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物質(zhì)的精準(zhǔn)識(shí)別與分類。憑借其高光譜分辨率、多通道連續(xù)成像的特性，高光譜成像設(shè)備已成為科研探索與產(chǎn)業(yè)質(zhì)檢領(lǐng)域重要的檢測分析工具，廣泛服務(wù)于高校科研院所、農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)、環(huán)境監(jiān)測站、工業(yè)質(zhì)檢產(chǎn)線等場景。

國際上，芬蘭 Specim、加拿大ITRES Research等企業(yè)在機(jī)載和地面高光譜成像系統(tǒng)領(lǐng)域起步較早，產(chǎn)品線成熟，在全球市場占據(jù)重要份額。國內(nèi)方面，江蘇雙利合譜科技有限公司、中科西光航天、海康威視、上海巨哥科技、無錫譜視界等企業(yè)也在特定應(yīng)用場景中探索高光譜技術(shù)的落地，進(jìn)一步豐富了國內(nèi)高光譜產(chǎn)業(yè)的參與主體。其中，雙利合譜作為國內(nèi)較早進(jìn)入高光譜成像領(lǐng)域的技術(shù)企業(yè)，依托自主研發(fā)的推掃式高光譜測量技術(shù)，搭建了覆蓋機(jī)載、地面、室內(nèi)、顯微四大應(yīng)用場景的高光譜產(chǎn)品線，可適配從實(shí)驗(yàn)室科研到戶外遙感、工業(yè)在線檢測的全場景使用需求。

為幫助科研、采購、工程技術(shù)人員精準(zhǔn)選型，本文將系統(tǒng)解析主流成像方式、核心選型指標(biāo)、行業(yè)應(yīng)用場景，結(jié)合國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)提供專業(yè)、落地的高光譜相機(jī)選型指南，精準(zhǔn)匹配不同工況、不同精度需求的高光譜檢測解決方案。

關(guān)鍵詞：高光譜相機(jī)；高光譜成像；推掃式高光譜；高光譜分選；機(jī)載高光譜；近紅外高光譜；國產(chǎn)高光譜

1、 高光譜核心選型指標(biāo)

選購高光譜相機(jī)的核心是匹配自身應(yīng)用場景的檢測需求，以下六大指標(biāo)是評(píng)判設(shè)備綜合性能的關(guān)鍵依據(jù)：

光譜范圍：指相機(jī)可捕捉的波長區(qū)間，決定了設(shè)備能“看到"哪些物質(zhì)的光譜特征。常見波段包括可見光（400-700nm）、可見-近紅外（400-1000nm）、短波近紅外（900-1700nm）、短波紅外（1000-2500nm），不同波段對(duì)應(yīng)不同的檢測對(duì)象；

光譜分辨率：指相鄰光譜通道的最小波長間隔，數(shù)值越小，區(qū)分光譜特征相近物質(zhì)的能力越強(qiáng)。科研級(jí)應(yīng)用通常要求≤5nm，工業(yè)檢測則可在5-10nm區(qū)間平衡精度與效率；

空間分辨率：指相機(jī)分辨目標(biāo)細(xì)節(jié)的能力，以像素大小或地面采樣距離衡量，決定了對(duì)微小缺陷或精細(xì)結(jié)構(gòu)的捕捉能力；

成像方式：主流包括推掃式、擺掃式、凝視式、快照式等，不同方式適配靜態(tài)檢測、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、無人機(jī)遙感等差異化場景；

成像速度（幀率） ：決定相機(jī)處理動(dòng)態(tài)目標(biāo)的能力，工業(yè)在線檢測需匹配產(chǎn)線速度，無人機(jī)遙感則需兼顧飛行速度與成像質(zhì)量；

信噪比與動(dòng)態(tài)范圍：影響光譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，高精度分析需選擇高信噪比（>500:1）與寬動(dòng)態(tài)范圍的產(chǎn)品。

2、 國內(nèi)主流廠商（科研/機(jī)載/工業(yè)全覆蓋）

1. 江蘇雙利合譜科技有限公司（Dualix，卓立漢光旗下）

地址：江蘇無錫，國內(nèi)科研高光譜龍頭

核心產(chǎn)品線：無人機(jī)載高光譜成像儀GaiaSky-mini系列、便攜式高光譜相機(jī)GaiaField系列、近紅外高光譜相機(jī)Image-RT17系列、顯微高光譜系統(tǒng)GaiaMicro、高光譜分選儀GaiaSorter"蓋亞"系列、

光譜覆蓋：400–2500nm（VNIR/SWIR），自研光譜軟件、輻射標(biāo)定系統(tǒng)

優(yōu)勢(shì)：高校/農(nóng)林遙感、無人機(jī)、實(shí)驗(yàn)室材料、軍工偽*識(shí)別；全流程國產(chǎn)自研，售后網(wǎng)點(diǎn)多

代表客戶：農(nóng)林科學(xué)院、地質(zhì)所、各大985高校實(shí)驗(yàn)室

2. 深圳中達(dá)瑞和

國內(nèi)同時(shí)掌握推掃 / 凝視 / 快照三種成像體制廠商

產(chǎn)品：VIX 全系列，微型機(jī)載、桌面科研、工業(yè)在線快照相機(jī)

波段：可見光–短波紅外全覆蓋，配套自研數(shù)據(jù)解譯軟件

應(yīng)用：農(nóng)業(yè)種質(zhì)、水質(zhì)環(huán)境、半導(dǎo)體缺陷、生物醫(yī)學(xué)成像

3. 杭州彩譜科技FigSpec

工業(yè)檢測賽道頭部，主打產(chǎn)線在線高光譜

FS1x/FS2x 系列：400–1700nm，線掃高速機(jī)型

場景：印刷色差、紡織面料、食品分選、塑料材質(zhì)分揀；像素色彩重復(fù)性優(yōu)異

優(yōu)勢(shì)：小型化、易集成流水線，性價(jià)比高

4. 浙江以象科技

依托西安光機(jī)所技術(shù)，中紅外 / 短波紅外量產(chǎn)

無人機(jī)載高光譜 + 激光雷達(dá)一體化系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品無損檢測設(shè)備

優(yōu)勢(shì)：紅外波段國產(chǎn)替代，適配生物醫(yī)藥、工業(yè)測溫檢測

5. 其他國產(chǎn)廠商

海康微影：短波紅外工業(yè)高光譜，機(jī)器視覺、安防檢測

聚光科技：環(huán)境監(jiān)測專用機(jī)載高光譜，流域水質(zhì)、生態(tài)普查

長光所 / 西安光機(jī)所：院所自研高*科研級(jí)、衛(wèi)星機(jī)載定制機(jī)型

三、國際進(jìn)口頭部品牌

1. Specim（芬蘭，柯尼卡美能達(dá)旗下）

Specim是全球高光譜成像領(lǐng)域的老牌廠商，2020年被柯尼卡美能達(dá)收購后進(jìn)一步強(qiáng)化了工業(yè)視覺布局。其FX系列是工業(yè)在線檢測的標(biāo)*產(chǎn)品。

2. Headwall Photonics（美國）

Headwall以其Offner全反射同心光學(xué)設(shè)計(jì)和凸面全息光柵技術(shù)聞名，在機(jī)載遙感領(lǐng)域占據(jù)高*市場。

3. Resonon（美國）

Resonon專注于推掃式高光譜成像，產(chǎn)品以高光譜分辨率和優(yōu)秀的軟件體驗(yàn)著稱，在高校和科研院所擁有大量用戶。

4. Cubert（德國）

Cubert是光場高光譜成像技術(shù)的先驅(qū)，其ULTRIS系列快照式相機(jī)無需推掃即可獲取高光譜數(shù)據(jù)，在動(dòng)態(tài)場景檢測中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

四、全場景應(yīng)用適配指南

高光譜相機(jī)的選型需精準(zhǔn)匹配應(yīng)用場景的檢測需求，不同領(lǐng)域?qū)庾V范圍、分辨率、成像速度的要求差異顯著。

4.1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與植物表型研究

核心需求：作物長勢(shì)監(jiān)測、病蟲害早期預(yù)警、土壤肥力分析、產(chǎn)量預(yù)判；

適配方案：常規(guī)田間監(jiān)測選用400-1000nm波段、5-10nm光譜分辨率的設(shè)備；精細(xì)科研需選用400-1700nm寬波段、≤3nm高分辨率設(shè)備，精準(zhǔn)捕捉紅邊偏移等細(xì)微光譜特征。

儀器推薦：

1、 雙利合譜GaiaSky-mini3-VN機(jī)載高光譜系統(tǒng) —— 懸停推掃無畸變，適配大田作物長勢(shì)監(jiān)測、病蟲害遙感普查；地面端搭配GaiaField Pro便攜式系統(tǒng)，可下田近距離采集植株冠層光譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空天地一體化監(jiān)測。

2、 萊森光學(xué)iSpecHyper-Mini快照式相機(jī) —— 快速獲取田間瞬時(shí)光譜圖像，適合植物表型高通量篩選。

4.2 食品安全與品質(zhì)檢測

核心需求：農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)（糖分、水分、蛋白質(zhì)）檢測、食品異物篩查、產(chǎn)品分級(jí)分選；

適配方案：優(yōu)先選用900-1700nm短波近紅外波段，該波段對(duì)有機(jī)成分敏感度高；工業(yè)在線檢測還需兼顧成像速度，適配流水線節(jié)拍。

儀器推薦：

1、 雙利合譜GaiaSorter "蓋亞" 高光譜分選儀—— 室內(nèi)暗箱式推掃成像系統(tǒng)，支持果蔬水分、糖酸度等內(nèi)外部品質(zhì)分析及自動(dòng)化分級(jí)分選，已在煙葉分選、塑料識(shí)別、糧食異物檢測等領(lǐng)域落地。升級(jí)款 GaiaSorter-Dual采用雙相機(jī)設(shè)計(jì)，覆蓋 350-2500nm 全波段，可同時(shí)獲取可見光與短波紅外數(shù)據(jù)，檢測精度更高。

2、 譜視界 HandSnap 手持快照式成像儀 —— 即拿即用，適合生鮮肉品新鮮度、pH值、脂肪含量等現(xiàn)場快速檢測

4.3 地質(zhì)勘探與礦物識(shí)別

核心需求：礦物種類識(shí)別、礦產(chǎn)資源普查、土壤成分分析；

適配方案：選用900-2500nm短波紅外全波段設(shè)備，全面覆蓋各類礦物的特征吸收峰；機(jī)載勘探場景需兼顧設(shè)備輕量化與穩(wěn)定性。

儀器推薦：

1、 雙利合譜GaiaSky-mini3-NIR機(jī)載近紅外高光譜成像系統(tǒng)，專為機(jī)載遙感優(yōu)化，輕量化設(shè)計(jì)，短波紅外波段可精準(zhǔn)識(shí)別黏土礦物、碳酸鹽、硫酸鹽等典型礦物的特征吸收峰，適合區(qū)域礦產(chǎn)資源普查。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室分析可選 GaiaSorter-Dual 全波段分選儀，用于巖心樣本精細(xì)掃描。

2、 長光馳宇HSP0917短波紅外高光譜相機(jī)：價(jià)格相對(duì)親民，適合地質(zhì)科研院所預(yù)算有限的項(xiàng)目。

4.4 環(huán)境監(jiān)測與生態(tài)評(píng)估

核心需求：水質(zhì)污染檢測、植被生態(tài)評(píng)估、地表污染溯源；

適配方案：植被監(jiān)測選用400-1000nm波段，水質(zhì)與土壤污染檢測選用900-1700nm波段；野外作業(yè)需兼顧設(shè)備便攜性與環(huán)境適應(yīng)性。

儀器推薦：

1、 雙利合譜GaiaSky-mini-VL輕型機(jī)載高光譜成像儀——輕量化設(shè)計(jì)，適合中小型無人機(jī)搭載，400-1000nm波段，廣泛用于流域水質(zhì)遙感監(jiān)測、植被生態(tài)調(diào)查；地面巡查可選用 GaiaField-V10 lite 便攜式高光譜相機(jī)，輕便易攜，支持野外現(xiàn)場快速采集，適用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測與污染溯源。

2、 西湖智能視覺 SCI-VN100F 單曝光機(jī)載高光譜相機(jī) —— 西湖大學(xué)孵化初創(chuàng)企業(yè)，單曝光成像無運(yùn)動(dòng)模糊，適合無人機(jī)快速巡邏式環(huán)境監(jiān)測

4.5 工業(yè)檢測與材料分選

核心需求：產(chǎn)品外觀缺陷檢測、材料成分甄別、廢舊材料自動(dòng)分類；

適配方案：塑料、高分子材料分選優(yōu)先選用900-1700nm波段；設(shè)備需具備高速采集能力與堅(jiān)固機(jī)身，適配復(fù)雜車間環(huán)境。

儀器推薦：

1、 雙利合譜GaiaSorter "蓋亞" 高光譜分選儀—— 推掃式成像 + 傳送帶 / 電控平臺(tái)，專為工業(yè)分選場景設(shè)計(jì)，已成功應(yīng)用于塑料分類、煙葉分級(jí)、糧食異物篩選等產(chǎn)線，支持在線與離線雙模式，可對(duì)接自動(dòng)化分選執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全流程無人化。微觀缺陷檢測可選 GaiaMicro 系列顯微高光譜系統(tǒng)，將推掃式高光譜與顯微鏡結(jié)合，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)材料成分分布成像。

2、 海譜納米 MEMS 高光譜模組——芯片級(jí)微型化設(shè)計(jì)，體積小、速度快，適合嵌入工業(yè)相機(jī)、分揀設(shè)備等現(xiàn)有產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)在線高速材料識(shí)別

五、高光譜相機(jī)常見問題解答

5.1 高光譜相機(jī)和普通相機(jī)有什么區(qū)別？

普通相機(jī)通常僅能獲取紅、綠、藍(lán)三個(gè)波段的信息，相當(dāng)于人眼視覺的延伸；而高光譜相機(jī)可獲取數(shù)十至數(shù)百個(gè)連續(xù)、窄波段的光譜信息，每個(gè)像素點(diǎn)都包含一條連續(xù)的光譜曲線，能夠通過物質(zhì)的“光譜指紋"進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別與分類。

5.2 推掃式成像和快照式成像怎么選？

推掃式成像光譜分辨率高、通道數(shù)多、圖像幾何保真度好，適合機(jī)載遙感、實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)檢測等對(duì)精度要求高的場景；快照式成像可一次性獲取完整數(shù)據(jù)立方體，適合動(dòng)態(tài)場景或瞬時(shí)過程檢測，但光譜通道數(shù)量較少。

5.3 光譜范圍和光譜分辨率怎么權(quán)衡？

光譜范圍決定“能檢測什么物質(zhì)"，需確保覆蓋目標(biāo)物質(zhì)的核心特征波段；光譜分辨率決定“能區(qū)分多相似的物質(zhì)"，數(shù)值越小分辨能力越強(qiáng)，但數(shù)據(jù)量也越大。選型時(shí)應(yīng)先鎖定檢測物質(zhì)，確定所需光譜范圍，再根據(jù)精度需求匹配分辨率，避免盲目追求高分辨率造成數(shù)據(jù)冗余。

5.4 機(jī)載高光譜相機(jī)操作復(fù)雜嗎？

以雙利合譜機(jī)載產(chǎn)品為例，設(shè)備采用一體化融合軟件設(shè)計(jì)，通過無人機(jī)遙控器即可控制相機(jī)，單人操作可在3分鐘內(nèi)完成安裝與起飛前準(zhǔn)備，已大幅降低使用門檻。

5.5 高光譜數(shù)據(jù)如何處理？

高光譜數(shù)據(jù)通常需經(jīng)過輻射校正、幾何校正、光譜重建等預(yù)處理流程，再進(jìn)行分類、解混、目標(biāo)檢測等分析。部分廠商提供自研數(shù)據(jù)拼接與分析軟件，可降低數(shù)據(jù)處理的技術(shù)門檻。

結(jié)語

高光譜成像技術(shù)憑借“圖譜合一"的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正在從科研實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用一線。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)檢測等領(lǐng)域，高光譜設(shè)備已成為不*缺的檢測分析工具。隨著國內(nèi)高光譜技術(shù)的持續(xù)突破與國產(chǎn)化替代的加速推進(jìn)，國產(chǎn)設(shè)備在性能、性價(jià)比、本土化服務(wù)等方面已形成較強(qiáng)的市場競爭力。

雙利合譜聚焦推掃式高光譜測量技術(shù)，打造了覆蓋機(jī)載、地面、室內(nèi)、顯微四大場景的高光譜產(chǎn)品矩陣，可適配從科研探索到產(chǎn)業(yè)質(zhì)檢的差異化需求。對(duì)于各類用戶而言，按需選型、適配場景——綜合考量光譜范圍、光譜分辨率、成像速度、設(shè)備形態(tài)等核心要素——才能在平衡成本與檢測效果的前提下，*大化發(fā)揮高光譜技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。