应用案例
高光谱相机在科研与野外观测中的应用与选型
发布时间:2026-11-05
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便携高光谱.png

在实验室之外使用高光谱相机,任务条件通常比产线苛刻:光照随时间和天气变化,目标面积大且不规则,设备要能带得动、供得上电、对得准位置。植被生理与碳通量观测、水华监测、土壤与矿物填图、冰雪与湿地调查、塔基与车载固定观测,是这类需求较集中的方向。本文围绕彩谱科技(CHN Spec)的便携式、云台式与专用线扫描高光谱产品,梳理外场应用的技术要点与选型思路。

一、外场高光谱观测要解决的三件事

一是能量。 野外靠太阳光,光谱仪把光分成几十到上百个谱段后,每个谱段的光子数量有限,短波红外与荧光测量尤其依赖探测器的信噪比与积分时间。云、阴影、太阳高度角变化都会写进数据里。

二是几何。 推扫式相机需要目标相对镜头匀速运动。机上用行走或转台扫描,塔基与车载用云台摆动,无人机载则依赖飞行速度与姿态稳定。几何没做好,图像会出现扭曲、错位与光谱偏移。

三是定标。 原始亮度不是反射率。外场需要用标准白板(以及必要时的黑板)定期测量,得到参考辐亮度或反射率曲线;机载与星地联合观测还涉及辐照度探头与下行辐射同步记录。做定量反演的任务,定标环节比相机本身更影响结论。

二、客户实际应用较多的领域

1. 植被生理与碳通量研究

叶绿素荧光微弱地"泄漏"在红光与近红外的太阳光谱中。日光诱导叶绿素荧光(SIF)在 685nm 与 740nm 附近的两个峰,与光合有效辐射吸收、初级生产力相关,可用于大田作物长势、胁迫响应与生态系统碳交换的研究,也能与塔基涡动相关数据配合解释通量结果。

2. 水环境与近岸监测

内陆湖泊、水库与近岸水体的叶绿素 a、悬浮物、有色溶解性有机物,在可见光波段有可辨识的吸收与散射特征。河道与湖泊的巡检场景中,云台式系统可以做大范围扫描,便携系统则用于点位取样测量与同步验证。

3. 土壤、岩石与矿物填图

土壤有机质与含水状态、含铁矿物与羟基蚀变矿物,在短波红外有明确吸收特征。地质路线调查、矿山品位与蚀变信息提取,常用 900—2500nm 区间的高光谱数据识别矿物种类与含量变化。

4. 生态与气候变化研究

雪冰反照率、植被覆盖类型、湿地退化、草地载畜状况等指标,需要连续光谱支撑分类与指数计算;长时间序列的固定观测还要考虑设备的一致性与可重复性。

5. 无人机遥感与载荷整合

无人机载高光谱用于田块与流域尺度的制图。载荷选型要看重量、功耗、接口供电方式、与飞控的位置姿态记录与同步方式,以及落地后的数据链条(辐射校正、几何校正、拼接、分析)。

三、彩谱面向科研与外场的产品型号与参数

FS-IQ 系列便携式高光谱相机

按波段分为 VIS、VISNIR 与 SWIR 型号,光谱范围覆盖 400—1700nm,波长分辨率可达 2.5nm,探测器为 CMOS 或 InGaAs。支持独立运行模式,数据兼容 ENVI 等常用遥感格式,单次充电可完成约 300 次测量。适合野外点位测量、实验室样品扫描以及与机载数据配合的地面同步观测。

FS-SIF 系列日光诱导叶绿素荧光测量系统

型号包括 FS-SIF-1A、FS-SIF-2A 与 FS-SIF-6A,光谱范围 660—790nm,光谱分辨率 0.3nm,信噪比 600:1,采用 CMOS 探测器与 USB3.0 接口,线扫描与成像相机重量约 1.3kg,全波段采集速率 128fps。系统可测量下行辐照度与上行反射辐射,用于估算初级生产总值(GPP)与生态系统呼吸(RECO),支持大田作物探测、塔基固定观测与无人机航拍三类平台。

FS 系列云台高光谱测量系统

光谱范围 390—1010nm,波长分辨率 2.5nm,像元尺寸 5.86μm×5.86μm;云台水平方向可转 360°,垂直方向 ±60°。用于河道、湖泊、林业、农业的定点扫描观测以及塔基检测,适合把大范围区域按程序摆扫成完整影像。

FS-1A 线扫描高光谱相机(短波—中短波红外)

光谱范围 900—2500nm,分辨率不大于 10nm,像元不小于 15μm×15μm,采用 MCT 探测器,接口为 USB3.0 或千兆网。用于需要长波方向吸收特征的成分识别、农产品与矿物分析。

FS-14/FS-24/FS-64UC/FS-64UCR 系列

光谱范围 400—1700nm,分辨率 13nm,像元 5μm,采用 InGaAs 探测器,USB3.0 接口,FigSpec 系列软件支持。该组型号偏重无人机载与近红外探测任务,兼顾重量与谱段覆盖。

FigSpec 显微高光谱成像系统

型号包括 FS-20、FS-22、FS-23、FS-25,覆盖 400—1000nm 与 900—1700nm,图像分辨率多为 1920×1920,FS-25 为 320×320,可改造接入生物、荧光、体视与金相显微镜。用于叶片气孔、纤维、土壤薄片中微小目标区域的光谱观察。

四、外场选型要点

按研究对象选波段。 做 SIF 需要 660—790nm 区间与亚纳米级分辨率;做植被指数与水体颜色,390—1010nm 足够;做矿物与含水特征,需要覆盖到 1700nm 甚至 2500nm。

分辨率与信噪比要平衡。 谱段分得越细,单谱段能量越低。野外弱光与荧光测量要优先关注系统信噪比与积分时间,而不是只盯分辨率数值。

平台决定形态。 手持与三脚架作业选便携独立运行机型;固定点位大范围扫面选云台;无人机载看重量、供电、接口与配套的定标和数据处理链条。

把定标器材算进预算。 标准白板、辐照度探头、姿态与位置记录设备、备用电池与存储,往往是外场数据可用性的前提。

确认软件与数据格式。 ENVI 等第三方软件兼容性、反射率校正流程、光谱导出与建库能力,决定数据能否进入既有工作流与论文写作流程。

五、常见问题

高光谱相机测得的原始值和反射率差多少?

原始值包含光源能谱、大气与仪器响应。外场通过白板参考做校正后才得到反射率,同一批数据必须使用同一套校正参数,否则不同点位与不同天气的数据不可比。

SIF 测量为什么要求窄波段和高分辨率?

荧光信号出现在太阳光谱的夫琅禾费吸收线附近,谱线结构细。分辨率不足会把峰与谷抹平,信噪比不够则会被太阳辐照波动淹没。

便携机与机载机的数据能互相验证吗?

可以,而且推荐这样做。机载影像的像元尺度往往大于手持测量的取样光斑,验证时要统一几何位置、时间窗口与观测几何,并保留地面同步记录。

云台扫描和无人机扫描怎么选?

云台适合固定位置长时间、大范围摆扫与反复复测;无人机适合快速覆盖与高分辨率正射制图。两者在数据后处理上都需要几何拼接与辐射校正环节。

参数以什么为准?

本文参数依据彩谱官网当期产品资料整理。不同批次与配置(镜头、探测器、软件版本)会有差异,正式选型前建议以当期规格书和实测样张为准。

 


高光谱相机系列

  • FS-500E 600E 620E地面版多光谱相机
    FS-500E 600E 620E地面版多光谱相机
    产品特点19种波长定制|400nm~1000nm波段自主选配双红边标配|创新植被敏感双红边波段,农业遥感更精准(720nm840nm)多通道无延时同步成像|无成像时差多模态一体化融合一次拍摄获取三维数据:多光谱+RGB+长波红外
  • 便携式光伏EL/PL检测仪
    便携式光伏EL/PL检测仪
    彩谱科技 EP-D/EP-N 系列是面向光伏行业打造的最新一代便携式 EL/PL 检测设备,涵盖 EP-D-130/300/500、EP-N-2000/2500/4800 等多款机型,以全场景适配、高效智能的核心优势,全面满足光伏板各类检测需求。
  • 机载光伏EL/PL检测仪
    机载光伏EL/PL检测仪
    彩谱科技 EP-DU/EP-NU 系列机载 EL/PL 检测仪,专为大面积光伏电站无人机巡检场景打造,全面适配大疆 M350/M400 无人机平台,凭借轻量化设计、全模式检测能力与智能便捷操控优势,大幅提升光伏机载检测的效率、精准度与机动灵活性,覆盖不同精度与规模的检测需求。
  • 推扫式热红外高光谱成像仪(LWIR)
    推扫式热红外高光谱成像仪(LWIR)
    FS-1200推扫式热红外高光谱成像仪(7.7–12.5 μm)采用高精度高效率的光栅分光技术,适用于矿物质研究和环境分析,能够准确捕捉目标物体的化学信息,同时可用于工业废气排放的检测、同时具有气体定性,气体浓度定量等功能。既可同时集大范围高清摄影与自动化云台于一体,适用于多种工业气体的检测,具有自动告警,自动溯源等功能,同时又可以搭载有无人机,进行低空扫描巡检等多元化应用。
  • 机载全光谱高光谱相机FS-6B
    机载全光谱高光谱相机FS-6B
    全波段机载高光谱成像系统的光谱范围:400-2500nm,集成VISNIR和SWIR两 套高光谱相机,其中VISNIR(400-1000nm)空间通道达1920,光谱通道达1200,光谱分辨率优于2.5nm,SWIR(900-2500nm)空间通道达640,光谱通道达250,光谱分辨率优于10nm。整套设备采用高衍射效率的透射式光栅分光模组与高灵敏度面阵列相机结合、消色差镜头、超轻机身材料满足伪装与反伪装军事领域,土壤成分检测,矿石勘测、现代精细农业林业等生态环境监测应用的需求。
  • 高光谱相机(线扫描)FS-1A
    高光谱相机(线扫描)FS-1A
    彩谱高光谱相机(线扫描)FS1A系列,光谱范围 900-2500nm,波长分辨率≤10nm,含≥250个光谱通道、≥640个空间通道,采用MCT探测器与斯特林制冷,帧频 200fps,接口为USB3.0,兼容spe、hdr等数据格式。广泛应用于成分识别、农产品质量分析、无损岩心扫描、文博检测等领域,拥有自主知识产权。
  • 全光谱高光谱成像仪FS-2A
    全光谱高光谱成像仪FS-2A
    FigSpec®系列成像高光谱相机采用高衍射效率的透射式光栅分光模组与高灵敏度面 阵列相机、结合内置扫描成像及辅助摄像头技术,解决了传统高光谱相机需外接推 扫成像机构及调焦复杂等难以操作的问题。可与标准C接口的成像镜头直接集成实现光谱影像的快速采集。
  • 智能机载高光谱机巢系统
    智能机载高光谱机巢系统
    在国家大力推进生态环境监测网数智化转型的战略背景下,生态环境部发布的《国家生态环境监测网络数智化转型方案》明确提出,要以无人运维、智能采样、黑灯实验室、立体遥测为标志,在重点区域率先探索新一代监测网络。彩谱科技积极响应政策号召,凭借深厚的技术积累与敏锐的市场洞察力,重磅推出智能机载高光谱机巢系统,以创新科技赋能生态环境监测,为行业带来全新解决方案。
  • 工业在线高速短波红外高光谱相机
    工业在线高速短波红外高光谱相机
    FS-19系列是彩谱专为工业分选领域推出的在线高速短波红外高光谱相机,其高频率特点满足工业领域对扫描速度的要求,坚固的结构和紧凑的机身也使其安装场景更加灵活。
  • 日光诱导叶绿素荧光(SIF)高光谱测量系统
    日光诱导叶绿素荧光(SIF)高光谱测量系统
    彩谱科技最新推出的应用于日光诱导叶绿素荧光(SIF)探测的FS-SIF系列高光谱测量系统,包括:线扫描高光谱相机(FS-SIF-1A) ,成像高光谱相机 (FS-SIF-2A)和高光谱无人机系统(FS-SIF-6A)。该产品采用创新性的专利光路和超高灵敏度探测器,具备极高的光谱分辨率(0.3nm)、超高的信噪比(600:1)。
  • FS-500/600/620/900多光谱相机
    FS-500/600/620/900多光谱相机
    FS-500由4通道多光谱和1个RGB组合,RGB有效像素高达830万。FS-600具有6通道多光谱,有效像素可以达到130万像素。FS-620由4通道多光谱、1个RGB和1通道热红外LWIR组合。
  • FS-9100/9200/9300手持式地物光谱仪
    FS-9100/9200/9300手持式地物光谱仪
    FS-9100常规手持式地物光谱仪,波长范围为300~1100 nm,具有性价比高,测量快速、准确,操作简单等特点,适用于植被研究、林业科学、农业调查等各领域应用。FS-9200除了常规手持式地物光谱仪的功能外,波长范围拓宽至300~1700nm,电池续航时间更久,还可以用于水体研究、气候变化研究和生态系统中,用于监测水体的质量和变化,以及研究气候变化对生态系统的影响。FS-9300地物波谱仪波长范围为300~2500nm,可搭配瞄准式手枪、接触式手柄等配件使用,拥有更多功能,适用于更多场景。
  • VIS-NIR-SWIR高光谱分析系统
    VIS-NIR-SWIR高光谱分析系统
    VIS-NIR-SWIR(400-1700nm)高光谱分析系统单传感器光路实现(400-1700nm)高光谱探测;光谱分辨率小于18nm ;空间分辨率640;
  • 无人机高光谱激光雷达测量系统 FS64-UCR
    无人机高光谱激光雷达测量系统 FS64-UCR
    FS60-UCR系列无人机高光谱激光雷达测量系统是一款多功能无人机检测设备,集激光雷达和高光谱成像为一体,获得激光雷达和高光谱图像数据。
  • 便携式高光谱相机FSIQ系列
    便携式高光谱相机FSIQ系列
    FigSpec®FSIQ系列便携式高光谱相机是一款内推扫高光谱相机,波长范围400-1700nm,光谱分辨率(FWHM)可达2.5nm,空间分辨率高达1920*1920,光谱通道数量高达1200,通过5寸触摸屏显示和操作,分辨率1280*720主要功能工作模式:高精度成像测量模式、PC操控模式、线扫描模式用户调整:用户可以对曝光时间,合并方式,ROI区域进行

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