一架看似普通的無人機(jī)騰空而起，機(jī)腹下掛載著一個(gè)不足1公斤的相機(jī)。短短十幾分鐘，它就能完成對(duì)1.5平方公里區(qū)域的“透視”掃描：森林里飄蕩的是晨霧還是山火初起的煙？清澈的河流下是否隱藏著污染？綿延的高壓線上有無潛在隱患點(diǎn)？

無人機(jī)搭載機(jī)載高光譜相機(jī) 西湖大學(xué)供圖這樣的“千里眼”功能，如今或許并不稀奇。但來自浙江杭州的企業(yè)，西湖智能視覺科技（杭州）有限公司最新研發(fā)的機(jī)載高光譜相機(jī)，將賦予“千里眼”以“火眼金睛”般的超能力——它能“看見”肉眼不可見的信息。

山林、河道迎來全新“體檢”方法

清晨的山林薄霧彌漫。經(jīng)驗(yàn)豐富的護(hù)林員穿行其中，依靠肉眼和經(jīng)驗(yàn)判斷風(fēng)險(xiǎn)。然而，人力巡邏難免疏漏，尤其在辨別煙霧與晨霧時(shí)，高度依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，且24小時(shí)值守壓力巨大。

如今，搭載高光譜相機(jī)的無人機(jī)將飛越林海，僅需幾分鐘，它采集的數(shù)據(jù)便能清晰揭示：自然形成的薄霧與山火初起的煙霧，在光譜波段上特征迥異。系統(tǒng)通過智能分析波形，能瞬間做出準(zhǔn)確判斷，為山火預(yù)警爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

高光譜數(shù)據(jù)水體指數(shù)反演結(jié)果同樣的情景也在水資源監(jiān)測(cè)領(lǐng)域上演。

在西湖大學(xué)云谷校區(qū)旁的河道上，科研人員展示了這項(xiàng)技術(shù)的魔力。當(dāng)無人機(jī)搭載高光譜相機(jī)沿河飛行約10分鐘，無需采樣、無需化學(xué)試劑，一份直觀的河道水質(zhì)“體檢報(bào)告”隨即生成。

實(shí)驗(yàn)室里，高光譜反演模型清晰呈現(xiàn)了水體總氮（TN）和總磷（TP）的空間分布特征：TN濃度“兩端高、中間低”，TP則“中間高、兩端低”。為了驗(yàn)證高光譜相機(jī)的準(zhǔn)確性，研究人員還采集了11個(gè)地面水域監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比結(jié)果顯示，高光譜相機(jī)在高速飛行、短時(shí)采集的情況下，依舊得到了非常準(zhǔn)確的結(jié)果。

高光譜成像如何“看”見不可見？

高光譜成像的核心突破在于“看得更清”、“看得更深”，像是給相機(jī)裝上了“火眼金睛”。當(dāng)氣象衛(wèi)星在距地800公里的軌道上掃描時(shí)，它的多光譜傳感器僅能通過4-5個(gè)寬泛的光譜通道（如可見光、近紅外、熱紅外）來描繪地球輪廓。

這種“粗顆粒”的觀測(cè)方式，每個(gè)像素覆蓋數(shù)平方公里范圍，就像透過毛玻璃看世界，雖然能識(shí)別云層運(yùn)動(dòng)這樣的宏觀現(xiàn)象，卻無法識(shí)別地表物質(zhì)的微觀特征。而高光譜相機(jī)則能夠把光線分成100多種不同的光譜波段，覆蓋400-1000nm 可見光-近紅外波段，單幀采集即可獲得100個(gè)連續(xù)光譜通道信息，圖像分辨率≥1024 x 1024像素，細(xì)節(jié)十分清晰。

就像孫悟空用火眼金睛能看穿妖怪的變化，高光譜相機(jī)通過解析物質(zhì)的光譜特征，揭開了肉眼不可見的物質(zhì)真相。它的每個(gè)光譜波段都能捕捉物體對(duì)特定波長光的反射特性。

農(nóng)田檢測(cè)類胡蘿卜指數(shù)分析圖同樣是一片樹葉，高光譜成像相機(jī)能讀出每一處反射的陽光中，哪些是葉綠素的信號(hào)，哪些是水分的痕跡，哪些是“肉眼看不見”的病蟲害早期特征。

同樣是一片水域，高光譜成像相機(jī)能解析每一道波光中，哪些是藻類繁殖的征兆，哪些是重金屬污染的痕跡，哪些是“肉眼難辨”的化學(xué)物質(zhì)溶解特征。

同樣是一片農(nóng)田，高光譜相機(jī)“掃一眼”即可定位毒素富集區(qū)域，替代傳統(tǒng)耗時(shí)耗力的采樣檢測(cè)，為田間作物病害提供快速篩查方案。

就像人類從黑白電視一步跨入全息影像時(shí)代，高光譜相機(jī)用100+個(gè)光譜波段，在每一個(gè)像素點(diǎn)精準(zhǔn)識(shí)別——葉綠素的躍動(dòng)、水分的流淌、污染物的蔓延——所有肉眼不可見的微觀信息，都在這個(gè)光譜宇宙中清晰呈現(xiàn)。讓相機(jī)不再只是“拍照”，而是徹底改變了成像的維度。

“最好的技術(shù)，永遠(yuǎn)生長在解決問題的土壤里”

西湖智能視覺科技（杭州）有限公司創(chuàng)始人袁鑫，也是西湖大學(xué)工學(xué)院感知與計(jì)算成像實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、博士生導(dǎo)師，曾擔(dān)任美國新澤西貝爾實(shí)驗(yàn)室視頻分析與編碼首席研究員。

在相關(guān)領(lǐng)域，他已進(jìn)行了長達(dá)10年的研究。早期的技術(shù)面臨巨大瓶頸：雖然采集一張圖像僅需1毫秒，但后續(xù)計(jì)算處理卻要耗費(fèi)整整一天。這種“快拍慢算”的困境，讓技術(shù)長期被困在實(shí)驗(yàn)室。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在人工智能時(shí)代，隨著深度學(xué)習(xí)等算法的突破，計(jì)算時(shí)間從24小時(shí)縮短到幾十毫秒。這個(gè)超萬倍的提速，讓高光譜成像實(shí)現(xiàn)了“所見即所得”的實(shí)時(shí)應(yīng)用，隨即打開了產(chǎn)業(yè)化的大門。正如袁鑫所說：“最好的技術(shù)，永遠(yuǎn)生長在解決問題的土壤里。”

據(jù)了解，目前，“西湖智能”已完成超五千萬元的Pre-A輪融資，由知名投資機(jī)構(gòu)東方富海獨(dú)家完成投資。未來，該技術(shù)將廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)、電力巡檢等領(lǐng)域，并持續(xù)向工業(yè)質(zhì)檢、醫(yī)療科研等方向拓展，展現(xiàn)出巨大的行業(yè)變革潛力。

來源: 潮新聞

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