隨著農(nóng)業(yè)加速邁向精細化與智能化，傳統(tǒng)的“看長勢、憑經(jīng)驗”模式正迅速被數(shù)據(jù)驅(qū)動的科學決策所取代。在這一變革浪潮中，高光譜相機憑借其無與倫比的精準感知能力，已成為農(nóng)業(yè)信息獲取的核心工具，深度滲透于從作物育種、田間管理到采后分選的全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。

與普通可見光相機僅能“看見”不同，高光譜相機更能“看懂”。它能在每個像素點上獲取連續(xù)且精細的光譜信息，構(gòu)建獨特的“光譜指紋”，從而精準識別作物種類、實時監(jiān)測營養(yǎng)狀態(tài)、預警病蟲害侵襲，為智慧農(nóng)業(yè)提供不可替代的數(shù)據(jù)支撐。

一、育種革新：早期識別，精準選優(yōu)

作為農(nóng)業(yè)的源頭，育種環(huán)節(jié)在高光譜技術(shù)的賦能下實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。傳統(tǒng)育種依賴人工觀察與漫長田間試驗，效率低下。高光譜影像則能在作物早期生長階段，通過分析葉綠素含量、水分狀況、光合效率等關(guān)鍵生理性狀的光譜特征，實現(xiàn)：

精準篩選：快速識別出具有優(yōu)良性狀（如抗病、高產(chǎn)、早熟）的單株；

抗逆評估：客觀評價新品種在不同環(huán)境脅迫下的適應性與穩(wěn)定性；

效率倍增：顯著縮短育種周期，加速良種選育進程。

技術(shù)協(xié)同：通過與多光譜、紅外熱成像等數(shù)據(jù)融合，高光譜技術(shù)可進一步提升表型識別的精度和廣度。

二、生長管理：動態(tài)監(jiān)測，按需調(diào)控

在作物生長的全周期，搭載于無人機、軌道平臺或背負設備的高光譜相機，化身田間管理的“千里眼”，實現(xiàn)動態(tài)精準調(diào)控。

1、營養(yǎng)精準管理：

通過分析特定波段響應，反演作物氮、磷、鉀含量及葉綠素濃度；

生成精準施肥處方圖，指導變量施肥機作業(yè)，最大化肥料利用率，減少環(huán)境污染。

2、水分與脅迫預警：

利用近紅外與短波紅外波段對水分變化的敏感性，實時監(jiān)測作物水分脅迫狀況（干旱/漬澇）；

為精準灌溉提供決策依據(jù)，優(yōu)化水資源利用。

3、病蟲害早期診斷：

作物受病蟲害侵染時，其內(nèi)部生理變化（葉綠素降解、結(jié)構(gòu)破壞）會早于肉眼癥狀在光譜上顯現(xiàn)特征響應；

實現(xiàn)對白粉病、條銹病、病毒病等的無接觸早期預警，最大限度降低損失。

4、長勢評估與產(chǎn)量預測：

系統(tǒng)性獲取高光譜數(shù)據(jù)，分析田間作物生長一致性，識別弱苗區(qū)域；

評估最終產(chǎn)量潛力，為密度調(diào)整、化控等農(nóng)藝措施提供數(shù)據(jù)支持。

三、采后分選：內(nèi)外兼修，提升價值

高光譜技術(shù)的應用延伸至農(nóng)產(chǎn)品采后處理環(huán)節(jié)，尤其在果蔬、谷物、茶葉等高附加值產(chǎn)品的分級分選中大放異彩。

超越外觀的品質(zhì)洞察：

突破傳統(tǒng)機器視覺僅能檢測顏色、形狀的局限；

無損檢測內(nèi)部品質(zhì)指標：如水果糖度、干物質(zhì)含量、谷物油脂比例、茶葉嫩度與水分、霉變程度等。

應用實例：葡萄按糖度分級、番茄精準識別病斑與成熟度、茶葉鮮葉按內(nèi)在品質(zhì)分檔。

保障品質(zhì)與安全：

精準篩除表面無癥狀但內(nèi)部已病變的“潛在問題果”；

顯著提升產(chǎn)品批次一致性、安全性和市場競爭力。

四、數(shù)據(jù)驅(qū)動：從感知到智能決策的“農(nóng)業(yè)大腦”

高光譜影像的價值核心在于數(shù)據(jù)的深度挖掘與應用。現(xiàn)代精準農(nóng)業(yè)平臺正將高光譜數(shù)據(jù)與機器學習、深度學習、作物模型緊密結(jié)合，構(gòu)建強大的智能分析閉環(huán)：

數(shù)據(jù)預處理：圖像校正、去噪、輻射定標。

特征工程：關(guān)鍵波段選擇、光譜特征提取。

智能建模：應用 PLS 回歸、SVM 分類、神經(jīng)網(wǎng)絡等算法建立預測/診斷模型。

結(jié)果可視化：生成直觀的長勢圖、脅迫風險圖、產(chǎn)量預測圖、施肥/灌溉處方圖。

決策與執(zhí)行：與智能農(nóng)機、農(nóng)場管理系統(tǒng)聯(lián)動，驅(qū)動精準農(nóng)事操作（如變量施肥、灌溉、噴藥）。

結(jié)語：

高光譜相機已超越單純的“拍攝工具”角色，進化為驅(qū)動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的核心數(shù)據(jù)引擎。它通過揭示作物隱藏的“光譜密碼”，賦能農(nóng)業(yè)全鏈條實現(xiàn)從“經(jīng)驗驅(qū)動”到“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的革命性跨越，為保障糧食安全、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與可持續(xù)性提供了強大的科技支撐。隨著算法算力的持續(xù)進步和成本的不斷優(yōu)化，高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深度和廣度應用前景將更加廣闊。

中達瑞和作為國內(nèi)高光譜成像系統(tǒng)的領(lǐng)航者，自2005年成立以來，已經(jīng)深耕20余年，多款光譜成像相機受到科研院校的青睞和應用，幫助許多學者科研人員用于論文研究和案例研究。

審核編輯 黃宇