多方位介绍高光谱相机在农业应用：如育种、病虫害监测等

随着农业加速迈向精细化与智能化，传统的“看长势、凭经验”模式正迅速被数据驱动的科学决策所取代。在这一变革浪潮中，高光谱相机凭借其无与伦比的精准感知能力，已成为农业信息获取的核心工具，深度渗透于从作物育种、田间管理到采后分选的全产业链环节。

与普通可见光相机仅能“看见”不同，高光谱相机更能“看懂”。它能在每个像素点上获取连续且精细的光谱信息，构建独特的“光谱指纹”，从而精准识别作物种类、实时监测营养状态、预警病虫害侵袭，为智慧农业提供不可替代的数据支撑。

一、育种革新：早期识别，精准选优

作为农业的源头，育种环节在高光谱技术的赋能下实现了质的飞跃。传统育种依赖人工观察与漫长田间试验，效率低下。高光谱影像则能在作物早期生长阶段，通过分析叶绿素含量、水分状况、光合效率等关键生理性状的光谱特征，实现：

精准筛选：快速识别出具有优良性状（如抗病、高产、早熟）的单株；

抗逆评估：客观评价新品种在不同环境胁迫下的适应性与稳定性；

效率倍增：显著缩短育种周期，加速良种选育进程。

技术协同：通过与多光谱、红外热成像等数据融合，高光谱技术可进一步提升表型识别的精度和广度。

二、生长管理：动态监测，按需调控

在作物生长的全周期，搭载于无人机、轨道平台或背负设备的高光谱相机，化身田间管理的“千里眼”，实现动态精准调控。

1、营养精准管理：

通过分析特定波段响应，反演作物氮、磷、钾含量及叶绿素浓度；

生成精准施肥处方图，指导变量施肥机作业，最大化肥料利用率，减少环境污染。

2、水分与胁迫预警：

利用近红外与短波红外波段对水分变化的敏感性，实时监测作物水分胁迫状况（干旱/渍涝）；

为精准灌溉提供决策依据，优化水资源利用。

3、病虫害早期诊断：

作物受病虫害侵染时，其内部生理变化（叶绿素降解、结构破坏）会早于肉眼症状在光谱上显现特征响应；

实现对白粉病、条锈病、病毒病等的无接触早期预警，最大限度降低损失。

4、长势评估与产量预测：

系统性获取高光谱数据，分析田间作物生长一致性，识别弱苗区域；

评估最终产量潜力，为密度调整、化控等农艺措施提供数据支持。

三、采后分选：内外兼修，提升价值

高光谱技术的应用延伸至农产品采后处理环节，尤其在果蔬、谷物、茶叶等高附加值产品的分级分选中大放异彩。

超越外观的品质洞察：

突破传统机器视觉仅能检测颜色、形状的局限；

无损检测内部品质指标：如水果糖度、干物质含量、谷物油脂比例、茶叶嫩度与水分、霉变程度等。

应用实例：葡萄按糖度分级、番茄精准识别病斑与成熟度、茶叶鲜叶按内在品质分档。

保障品质与安全：

精准筛除表面无症状但内部已病变的“潜在问题果”；

显著提升产品批次一致性、安全性和市场竞争力。

四、数据驱动：从感知到智能决策的“农业大脑”

高光谱影像的价值核心在于数据的深度挖掘与应用。现代精准农业平台正将高光谱数据与机器学习、深度学习、作物模型紧密结合，构建强大的智能分析闭环：

数据预处理：图像校正、去噪、辐射定标。

特征工程：关键波段选择、光谱特征提取。

智能建模：应用 PLS 回归、SVM 分类、神经网络等算法建立预测/诊断模型。

结果可视化：生成直观的长势图、胁迫风险图、产量预测图、施肥/灌溉处方图。

决策与执行：与智能农机、农场管理系统联动，驱动精准农事操作（如变量施肥、灌溉、喷药）。

结语：

高光谱相机已超越单纯的“拍摄工具”角色，进化为驱动现代农业智能化转型的核心数据引擎。它通过揭示作物隐藏的“光谱密码”，赋能农业全链条实现从“经验驱动”到“数据驱动”的革命性跨越，为保障粮食安全、提升农业生产效率与可持续性提供了强大的科技支撑。随着算法算力的持续进步和成本的不断优化，高光谱技术在农业领域的深度和广度应用前景将更加广阔。

中达瑞和作为国内高光谱成像系统的领航者，自2005年成立以来，已经深耕20余年，多款光谱成像相机受到科研院校的青睐和应用，帮助许多学者科研人员用于论文研究和案例研究。

审核编辑 黄宇