儀器信息網專訪：高光譜技術專家解析發(fā)展機遇與應用障礙

第三屆高光譜成像應用研討會暨懷柔光電產業(yè)發(fā)展論壇期間，儀器信息網編輯特別采訪了5位在不同領域的高光譜專家：北京卓立漢光儀器有限公司陳興海副總經理，北京理工大學李偉教授，長江科學院張穗正高級工程師，中國科學院植物研究所嚴正兵研究員，四川農業(yè)大學康志亮教授，進行了深入探討，一起來看看報道吧！

報道正文

高光譜成像技術：蓬勃發(fā)展在即，大規(guī)模落地應用如何破局？

—訪國內不同領域的高光譜專家

高光譜成像技術以其獨特的光譜分辨率和圖像信息結合的能力，為科研和實際應用的工作者提供了前所未有的視角。特別是隨著低空經濟的崛起，高光譜技術作為一項重要的遙感技術越來越吸引大家的目光。8月12日，第三屆高光譜成像應用研討會暨懷柔光電產業(yè)發(fā)展論壇在北京懷柔成功召開，此次會議涉及食品檢測、植被遙感、分析檢測、農業(yè)遙感、地質探礦、水體遙感、分析算法、工業(yè)應用、林業(yè)遙感、成像技術、海洋遙感等多個領域，呈現出高光譜遙感技術和應用的“全新”面貌。

在論壇期間，儀器信息網編輯特別采訪了北京卓立漢光儀器有限公司陳興海副總經理，北京理工大學李偉教授，長江科學院張穗正高級工程師，中國科學院植物研究所嚴正兵研究員，四川農業(yè)大學康志亮教授等高光譜專家。采訪過程中，各位老師基于自己所在的領域，深入探討高光譜技術的研究現狀、發(fā)展趨勢及應用前景。不同領域專家的觀點碰撞，不僅給大家展現了高光譜極具誘惑的市場前景，而且給高光譜產業(yè)未來的快速、良性發(fā)展提供了非常有價值的參考意見。

北京卓立漢光儀器有限公司陳興海副總經理

長江科學院張穗正高級工程師

北京理工大學李偉教授

中科院植物研究所嚴正兵研究員

四川農業(yè)大學康志亮教授

高光譜在國內外的研究和應用現狀如何？

近年來，高光譜技術在全球范圍內引起了廣泛關注。那么，針對這個問題，各位專家發(fā)表了自己的看法。 

從研究角度來看，李偉教授認為，國內在高光譜領域處于領先地位。“在發(fā)表論文時，我最大感觸就是和國外的共同作者合作發(fā)表的論文越來越少了，我們獨立科研能力越來越強了，說明我國在高光譜研究方面已具備較強的實力。另一個感觸便是國內做高光譜前沿技術研究的人群越來越壯大。”

張穗高工認為，“從技術研究方面，特別是在高光譜衛(wèi)星層面，中國的技術處于國際領先地位，不僅如此，在低空傳感器方面，雖然國際上有一些老牌傳感器被認為更加穩(wěn)定和成像效果更好，但國內技術近年來也發(fā)展迅速，與國際水平差距不大。” 

從市場應用角度分析，張穗高工認為，“將高光譜引用到無人機上是有決定性意義的。高光譜技術在各行業(yè)中的應用得到了快速發(fā)展，已經逐步可以解決實際問題，而不再僅僅局限于科研層面。”

陳興海副總經理介紹，“國內高光譜技術在農業(yè)、食品、水環(huán)境等領域正在進行越來越廣泛的應用，在全球范圍內處于領先地位。特別是近兩年來，工業(yè)分選領域的高光譜應用尤為突出?？梢哉f，高光譜正逐步在各大應用領域實現技術落地，未來也將更加側重于應用導向。

高光譜技術落地面臨

“成本、技術、人才”等多重挑戰(zhàn)

采訪過程中，各位專家從不同領域出發(fā)，談了自己的觀點。認可并看好高光譜技術未來應用前景的同時，共同提到了應用驅動和應用成熟度的問題，而這其中，又涉及了成本、技術、人才等多種問題。 

（1）農業(yè)領域的應用 

農產品檢測作為高光譜重要的應用方向之一，備受關注。“目前而言，高光譜在農產品檢測方面的應用尚未達到完全成熟的階段。”康志亮教授分析到，相較于工業(yè)生產的標準化和一致性，農業(yè)生產具有更高的復雜性和多樣性。農產品的品種繁多，且生產環(huán)境各異，這為高光譜技術的應用帶來了不小的挑戰(zhàn)。為了實現對農產品的精準檢測，需要針對不同的品種和環(huán)境建立相應的光譜檢測模型。然而，當農產品品種發(fā)生變化時，就需要重新建立模型，這在一定程度上限制了高光譜技術的廣泛應用。

“目前，高光譜技術在農產品檢測方面的應用主要集中在科研層面，要實現高光譜技術的廣泛應用和普及，仍需突破一些關鍵的技術瓶頸。”康志亮教授結合自身的研究和思考分析到，“高光譜設備的價格普遍較高，在很大程度上限制了其應用范圍。其次，泛化能力不強也是亟待解決的問題之一，使其能夠適應更多種類的農產品和環(huán)境條件是高光譜需要提升的關鍵。” 

Gaiasky mini3-VN無人機載高光譜成像系統(tǒng)

HSIA-DB高光譜暗箱

（2）水質監(jiān)測的應用

隨著我國水質監(jiān)測工作的需求發(fā)展，高光譜技術成為水質監(jiān)測領域的“新寵”。張穗高工一直聚焦于流域的水質監(jiān)測工作，她談到，“在水質監(jiān)測方面，當前高光譜技術的應用顯然還不夠成熟，但慢慢從定性分析向定量分析轉變。隨著計算能力的增強以及深度學習等算法的發(fā)展，高光譜技術應用于水質監(jiān)測得到的結果開始有一定的可信度了。” 

在高光譜技術推向水質監(jiān)測實際應用的過程中，張穗高工表示，有幾個關鍵問題亟待解決。“首先，關于設備的成套應用方面，當前的關注點主要集中在設備本身的精度上，但在實際操作中，往往需要考慮多個設備的聯合使用及其數據間的匹配問題。不同品牌或不同側重面的高光譜儀器之間的標準不一致，導致數據難以有效整合。其次，配套軟件的問題尤為突出。目前市場上提供的配套軟件往往無法滿足特定應用的需求，很多時候需要定制開發(fā)。這對于不同行業(yè)的用戶來說，可能會有不同的數據處理需求，特別是在軟件方面的需求可能比硬件方面更為迫切。” 

GaiaField (Pro)便攜式光譜成像系統(tǒng)

GaiaSmart便攜式智能型高光譜成像系統(tǒng)

（3）植物生態(tài)學的應用 

深耕植物生態(tài)學的嚴正兵研究員表示，“我國在高光譜技術的植物生態(tài)學研究方面還處于初級階段。到目前為止，我認為還沒有真正意義上從事這方面研究的學者。” 不過，他也同時指出，高光譜從空間尺度和時間尺度兩個維度拓展了監(jiān)測手段，為植物生態(tài)學研究提供了新的可能性，未來將大有可為。” 

當然，不同的領域推進進程也不盡相同。嚴正兵研究員認為，高光譜技術在植物生態(tài)學領域的應用很有潛力，其提及了兩項具有創(chuàng)新性的研究工作，“一是利用高光譜技術革新植物精細結構和生理對生態(tài)系統(tǒng)功能的調控研究；二是探索高光譜技術在生物多樣性與森林生態(tài)系統(tǒng)功能調控方面的應用，為其提供新的方法和技術手段。” 

但基于該領域的初級階段，嚴正兵研究員認為主要受限于兩個因素，“一是交叉學科人才的匱乏，目前精通遙感技術和生態(tài)學問題的交叉學科人才相對缺少；二是平臺資源的限制，高光譜技術的研究和應用需要大量的資金投入，例如高光譜飛行器的使用。而我國在這方面的資金支持相對有限，需要加大投入，來提高研究水平和應用能力。” 

GaiaSorter -Dual“蓋亞”雙相機全波段高光譜分選儀

GaiaSky-SP-SIF 無人機載日光誘導葉綠素熒光系統(tǒng)

（4）醫(yī)學領域的應用

李偉教授已經與多家醫(yī)院合作，利用高光譜技術進行手術導航，幫助醫(yī)生在術中進行實時病理診斷，比如，“在口腔手術中，高光譜技術可以幫助醫(yī)生區(qū)分正常組織和病變組織，從而提高手術精度和效率。” 其表示，“通過不斷的研究和實踐，高光譜技術在醫(yī)學領域的應用前景將更加廣闊。”

李偉教授強調，為了推動高光譜技術的發(fā)展，需要從兩個方面著手：“一是降低傳感器的成本；二是提高信息提取和處理的能力。這不僅需要科研人員的努力，也需要企業(yè)和應用方的支持與合作。通過多方合作，可以加快高光譜技術在各個行業(yè)的應用進程。”與此同時，李偉教授也指出高光譜技術的實際應用面臨著兩大挑戰(zhàn)：一是成本問題；二是技術本身存在的局限性。“一臺高光譜設備的價格大約相當于一輛豪華轎車，這對使用和推廣造成了阻礙。由于成本高昂，學生們甚至不敢輕易操作這些設備進行飛行測試，對技術的推廣也會有一定的影響。” 

采訪過程中，多位專家表示，“高光譜技術正處于蓬勃發(fā)展的前夜，但現在還處于一個瓶頸期，迫切需要應用驅動來打破現狀。”同時，還發(fā)現雖然從不同的領域來看應用進程不同，面臨的問題也可能各有不同，但是每位專家都提到了一個共性問題“成本”。大家紛紛反饋，當前高光譜設備的價格普遍較高，這在很大程度上限制了其應用范圍。因此，降低設備成本是實現高光譜技術廣泛應用的關鍵。未來，若將設備的成本降低到幾百甚至幾千元，使得人人都能用得起、買得起，高光譜定能在各行各業(yè)得到更廣泛的應用和發(fā)展。對此，陳興海副總經理也持相同的看法，“高光譜技術落地面臨的主要問題是成本和數據累積，需要大量的應用場景適配和數據迭代優(yōu)化。”

GaiaMicro系列顯微高光譜系統(tǒng)

應用驅動進程中，高光譜前景可期

高光譜技術以獨特的優(yōu)勢在多個領域展現出巨大的發(fā)展?jié)摿?。那么，未來最具前景的應用方向是什么?nbsp;

為了更好地了解高光譜技術的未來趨勢，在與眾多專家深入溝通交流的基礎上，統(tǒng)計了他們認為高光譜技術最具潛力的三個發(fā)展方向，其中環(huán)境監(jiān)測、農業(yè)檢測和醫(yī)療位列前三甲。除了上述三個領域外，還有部分專家提到了快檢和生態(tài)學等方向。

近年來，國內高光譜技術的發(fā)展勢頭強勁，無論是在應用還是市場層面，都展現出了巨大的潛力。張穗高工在水質監(jiān)測領域的應用前景持樂觀態(tài)度，“未來幾年內這項技術有望落地應用。”她還強調了與國內廠家合作的重要性，通過長期合作推進技術的發(fā)展。 

在農業(yè)領域，康志亮教授認為，“國家大力發(fā)展農業(yè)，每年農業(yè)都是寫入中央一號文件的。作為一種非常有潛力的技術，高光譜技術能夠做到快速無損的同時檢測多個參數，智慧農業(yè)、智能農業(yè)和精準農業(yè)的發(fā)展將為高光譜技術提供廣闊的市場空間。”同時，康志亮教授提到，“降低成本、設備的小型化和便攜性、環(huán)境友好、多學科交叉融合與應用拓展等都是未來發(fā)展的方向。”高光譜技術的發(fā)展需要與人工智能、大數據等多學科進行交叉融合。通過結合這些先進技術，可以開發(fā)出更多具有實際應用場景的快檢設備，還能實現從科研級設備向實際應用級設備轉變。 

李偉教授強調，“為實現高光譜在各行各業(yè)應用遍地開花的目標，不僅依賴于科研人員的不懈努力，同時也需要企業(yè)的積極參與和應用方的有力支持。通過多方協同合作，我們將能夠加速高光譜技術在各行各業(yè)的廣泛應用。” 

陳興海副總經理對高光譜技術的未來發(fā)展持樂觀態(tài)度，“隨著成本的降低和技術的進步，高光譜技術將在更多領域實現應用落地。未來卓立漢光和雙利合譜也將繼續(xù)深耕高光譜技術，推動核心技術部件的國產化進程，并探索新的應用領域和技術方向。”

后記

第三屆高光譜成像應用研討會暨懷柔光電產業(yè)發(fā)展論壇由江蘇雙利合譜科技有限公司、北京懷柔儀器和傳感器有限公司、中國農業(yè)大學工學院主辦，此次研討會正值卓立漢光成立25周年和雙利合譜成立10周年，不僅展示了高光譜技術在多個領域的研究成果，更為重要的是，它搭建了一個跨學科交流的平臺，促進了科研人員與產業(yè)界之間的溝通與合作。 

與參會專家溝通時，陳興海副總經理介紹說，此次研討會相較于前兩屆，本屆研討會規(guī)模更大，吸引了眾多用戶參會。“能得到這么多用戶的支持，不僅是對雙利合譜的認可，也體現了高光譜技術在國內的關注度不斷提高。”  

對此，康志亮教授也表達了相同的感受：“我覺得研討會規(guī)模很大，更相信通過這次大會，一定能夠促進高光譜行業(yè)的健康持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，也能夠促進更多的成果轉化以及高光譜研究的應用。” 

通過這次會議，張穗高工感受到，高光譜技術的應用范圍越來越廣泛，涵蓋了多個行業(yè)，并且正在不斷擴展到日常生活中的更多場景中。“最初高光譜主要用于大范圍的環(huán)境監(jiān)測、植被分析和農業(yè)管理等領域，而現在它的應用變得更加細致和具體，越來越貼近實際需求。” 

嚴正兵研究員認為，“此次研討會的一大亮點是將不同方向的人聚集在一起，促進了思想的碰撞。同時，研討會不僅關注科學研究，還考慮了應用層面，為科研成果的落地提供了啟示。”

作為第一次參加研討會的李偉教授表示：“遠超預期！感受到了企業(yè)在推動行業(yè)發(fā)展的同時，也承擔著社會責任，通過搭建這樣的平臺促進了學術界與產業(yè)界的交流。這對高光譜技術行業(yè)的促進作用是毋庸置疑的。”

▲第三屆高光譜成像應用研討會暨懷柔光電產業(yè)發(fā)展論壇

▲部分產品展