在談?wù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/1453/" target="_blank">環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣候變化乃至生態(tài)安全時(shí)，“高光譜成像”這個(gè)詞越來越頻繁地出現(xiàn)在公眾視野中。但很多人可能并不了解，高光譜相機(jī)并不是傳統(tǒng)意義上的攝像設(shè)備，它背后的科學(xué)原理和實(shí)際應(yīng)用，正在重塑我們對(duì)地球表層變化的觀察方式。

一、高光譜相機(jī)是什么？

簡而言之，高光譜相機(jī)是一種可以獲取目標(biāo)在多個(gè)連續(xù)波段上光譜信息的成像設(shè)備。不同于普通相機(jī)只能獲取紅、綠、藍(lán)三個(gè)波段的信息，高光譜相機(jī)往往能捕捉從可見光到近紅外甚至短波紅外的數(shù)十到數(shù)百個(gè)波段的數(shù)據(jù)。每一個(gè)像素點(diǎn)不僅有位置屬性，還包含了目標(biāo)的“光譜指紋”。

換句話說，高光譜圖像并不是一張簡單的照片，而是一個(gè)三維數(shù)據(jù)立方體，包含空間信息和光譜信息，能夠揭示物質(zhì)的成分、狀態(tài)、含水量、溫度特征等隱蔽特征。

二、城市熱島：看得見，也能測(cè)得準(zhǔn)

城市熱島效應(yīng)，是指城市區(qū)域溫度顯著高于周邊郊區(qū)的現(xiàn)象。隨著城市擴(kuò)張和地表硬化，熱島效應(yīng)已成為困擾大多數(shù)城市的一大環(huán)境問題。

傳統(tǒng)的熱成像設(shè)備雖然能直觀呈現(xiàn)溫度分布，但在材料識(shí)別、熱源分析方面卻有局限。而高光譜相機(jī)通過其獨(dú)特的多波段感知能力，能夠區(qū)分瀝青、混凝土、植被、水體等不同地物的熱反應(yīng)曲線，識(shí)別隱藏的熱源、評(píng)估熱儲(chǔ)存能力，并分析熱量積聚的物理機(jī)制。

這對(duì)于城市規(guī)劃、綠地布局優(yōu)化和節(jié)能建筑設(shè)計(jì)等具有重要指導(dǎo)意義。例如，一些研究發(fā)現(xiàn)，城市局部溫度升高并不僅僅因?yàn)榻ㄖ芏?，更與地表材料的熱輻射特性密切相關(guān)。這些細(xì)節(jié)，往往只有通過高光譜技術(shù)才能看清楚。

三、森林火情：不僅僅是發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)

森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警一直是環(huán)境保護(hù)中的難題。一旦火情發(fā)生，傳統(tǒng)遙感圖像多依賴熱紅外波段進(jìn)行火點(diǎn)識(shí)別，但在煙霧遮擋、火點(diǎn)初期等階段，傳統(tǒng)圖像很難做到早期識(shí)別。

高光譜成像在這里的優(yōu)勢(shì)非常明顯。通過對(duì)植被在不同波段下反射率的微小變化進(jìn)行分析，可以在火情爆發(fā)前就捕捉到植物受熱、脫水甚至燃燒前的“光譜異?！爆F(xiàn)象。

此外，高光譜相機(jī)還能用于識(shí)別過火區(qū)域、判斷燒毀植被的種類、分析土壤受損情況等，幫助科研人員了解火災(zāi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的長期影響。

四、更深遠(yuǎn)的意義：從圖像到洞察

高光譜相機(jī)的獨(dú)特價(jià)值不止于“拍攝”，更重要的是“識(shí)別”與“理解”。它可以幫助我們構(gòu)建更加立體的環(huán)境感知模型，不只是看到表面現(xiàn)象，而是走進(jìn)物質(zhì)層面的結(jié)構(gòu)和變化。

在城市管理層面，它能支持熱能流動(dòng)建模、建筑隔熱評(píng)估、環(huán)境敏感區(qū)域分析；在生態(tài)保護(hù)領(lǐng)域，它能提升林火預(yù)測(cè)能力，輔助制定更科學(xué)的應(yīng)急響應(yīng)策略。

高光譜成像甚至已經(jīng)被用于識(shí)別空氣污染、跟蹤水體富營養(yǎng)化、監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)干旱等，顯示出其作為“地球醫(yī)生”的潛力。

五、未來已來，只是我們還沒適應(yīng)

高光譜相機(jī)并非新技術(shù)，但其數(shù)據(jù)龐大、處理復(fù)雜、設(shè)備成本高的特性，曾一度限制其廣泛應(yīng)用。而近年來隨著計(jì)算能力提升、算法進(jìn)步以及輕量化設(shè)備的發(fā)展，這項(xiàng)曾主要用于航空航天的技術(shù)，正逐漸走向地面，進(jìn)入科研、環(huán)保、農(nóng)業(yè)甚至城市治理等各個(gè)實(shí)際場(chǎng)景。

人類對(duì)環(huán)境的理解正在邁入一個(gè)更精細(xì)、更數(shù)據(jù)化的時(shí)代。而高光譜相機(jī)，正是這個(gè)時(shí)代最敏銳的“感官”之一。

當(dāng)我們從“看得到”走向“看得懂”，高光譜成像也就不僅僅是一項(xiàng)光學(xué)技術(shù)，而成為了一種認(rèn)知世界的全新方式。

萊森光學(xué)(深圳)有限公司是一家提供光機(jī)電一體化集成解決方案的高科技公司，我們專注于光譜傳感和光電應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

審核編輯 黃宇