高光谱成像技术，在民用和军事上都已经成为发达国家科技争夺的制高点之一，20世纪90年代才迅速发展起来，早期发展重点在航空航天领域，2000年以后才逐步在民用领域逐步推广使用，属于典型的高技术朝阳产业。

　　目前国内使用的高光谱成像仪绝大部分依赖于进口，少数具备生产能力的国内厂家也需从国外采购核心分光元件。因此，急需突破严重制约整机发展的核心元件关键技术，提升高端仪器的精密加工、装调技术和能力，提高仪器的性能、精度、可靠性，完成典型领域综合应用解决方案，形成相应的标准和规范。 

核心团队 

　　多年来，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称“长春光机所”）副研究员杨飞所在的团队密切关注光谱技术的发展，凭借多年光学薄膜方面的技术优势以及多年为空间相机研制多光谱滤光片的技术积累，实现了芯片镀膜型高光谱成像技术。2019年，团队在长春光机所的支持下成立了长春长光辰谱科技有限公司（以下简称“长光辰谱”）。这是一家集光学薄膜研制、新型光谱仪器研发、光谱图像处理与应用的科技创新型企业。公司主营业务围绕新型光谱滤光片及基于光谱滤光片的成像光谱仪等核心技术，致力于打造国内高端光学镀膜、光学元件、光电仪器的研发生产平台，产品广泛应用于航空航天、食品卫生、精准农业以及教学科研等领域。 

　　攻坚克难，突破重围 

　　“我们到底是做什么的？”现任长光辰谱副总经理杨飞向《高科技与产业化》记者介绍，针对高端光谱仪器产业发展需求，长光辰谱开展了高精度光谱滤光片研制、光谱滤光片与探测器的快速集成、光谱数据应用处理技术等研究，团队采用离子束溅射沉积技术，创新性地提出高精度渐变薄膜厚度调控、提出高定位精度多光谱滤光片拼接等关键技术，研制出高精度线性渐变滤光片和像元级滤光片，填补了国内相关产品的空白，其中线性渐变滤光片谱段范围覆盖400~1000nm全波段，部分重要性能指标在同类产品中处于国内领先水平，解决了现有线性渐变滤光片产品不能完全覆盖可见光探测器响应范围的问题，利用该技术同步生产出的其他产品也弥补了我国高端光谱仪器因核心分光元件导致指标受限的短板。 

　　线性渐变滤光片是一种光谱特性随位置线性变化的光学器件。相比传统的窄带滤光片，线性渐变滤光片具有接近连续的光谱通道，相比于棱镜和光栅型等光谱成像仪，基于线性渐变滤光片的光谱成像仪具有高集成度、高稳定性和高分辨率等特点，其整机结构紧凑，体积小重量轻，同时研发和制造成本较低，具有很好的应用前景。 

　　像元级滤光片作为一种新型的分光元件，基于光学薄膜沉积技术和光刻技术可以实现多个光谱通道，每个光谱通道与成像光谱仪的感光芯片一一对应，因此具有高度集成化的分光功能，能够极大地优化成像光谱仪分光系统的结构，将其作为分光元件用于成像光谱仪中，能够实现成像光谱仪的小型化、轻量化。同时，以像元级高光谱滤光片为核心元件的成像光谱仪能够工作于视频成像模式，克服了推扫成像模式的不足，可以实现对动态目标探测成像。

　　小型化、轻量化、低成本是光谱成像系统的迫切需求。目前的成像光谱仪中，常采用传统的光谱分光技术例如棱镜、光栅作为分光器件，其结构相对复杂，成为小型化、轻量化设计的瓶颈，长光辰谱基于自主研制的线性渐变滤光片、像元级滤光片等数款光学薄膜产品，与探测器的快速集成，通过光谱算法开发，研制了像元级成像光谱仪、快照式成像光谱仪、便携式光谱仪等数款光谱仪器，产品具有集成度高、性价比高等优势。 

机载高光谱成像仪 

　　立足创新，改变生活 

　　那么，长光辰谱的研发产品究竟能应用在哪些领域？杨飞介绍，目前产品主要应用于三大领域。首先是航空航天领域，近年来我国航空航天事业发展迅猛，尤其是商业卫星公司，如雨后春笋般涌现出来。伴随着行业用户、商业用户对于卫星技术应用快速化、灵活化、个性化、低成本化需求的提升，商业卫星遥感得到迅猛发展。 

光谱仪演示场景 

　　随着高光谱成像技术的日益成熟，越来越多的商业遥感卫星开始搭载高光谱成像载荷，较有名的包括珠海一号、嘉定一号、吉林一号等，商业卫星的特点是体积小、成本低，面向特定应用展开。目前长光辰谱研制生产的光谱滤光片已成功应用到珠海一号、吉林一号、高分等多个型号载荷。欧比特公司“珠海一号”高光谱卫星星座正是因为采用了团队积累多年的基于线性渐变滤光片的高光谱成像技术，有效解决了载荷对体积、重量、成本要求极为严苛的问题，成为国内首例应用线性渐变滤光片分光技术的商业卫星。 

　　其次为工业分选领域。高光谱成像技术在工业分选领域有很大的发展前景，涉及塑料分选、烟草分选、矿物杂质分选等多种细分行业。高光谱相机可满足工业在线高速实时检测与分选，可提供准确的光谱信息，用于检测和分类各种材料，以非接触式、非破坏性光学方法，对目标材料的全表面进行成像，其采集的数据可被实时发送便于做进一步处理。借助高光谱成像技术，机器视觉系统集成商、设备制造商及其他OEM 用户，在无需深入了解光谱成像技术和编程技术的前提下，即可基于高光谱相机采集到的目标材料的光谱特征信息，创建和执行分类模型，并将这些分类模型应用于工业实时在线分选、产品质量在线检测、生产过程监控等工业机器视觉领域。高光谱成像技术在中国工业分选等机器视觉领域的适应性，将助力工业分选、资源回收等领域的使用更加便捷和广泛。

　　此外，还包括水资源监测领域。水作为生态系统的血液，是人类生存、生产、生活的基础，然而水资源却极易受到污染，特别是一些内陆水体，由于自然封闭性其污染问题就更加突出，同时水资源作为污染物的载体，具有动态的扩散和蔓延特性，会进一步加剧水体的污染程度。我国河流、湖泊众多，伴随经济的高速发展，人类活动的增强，河流、湖泊水质污染问题日益严重，已经成为制约城市可持续发展的关键因素。

　　传统的河流、湖泊水质监测主要是采用实地采样和实验室分析等方法，这种监测方法需要在河流、湖泊内定点、定剖面进行，通过常年累月的监测、记录和实验室分析，虽然能够达到一定的数据精度，但是不能反映河流、湖泊水质的总体时空状况，且费时费力、监测区域有限，只具有局部和典型的代表意义，不能满足实时、快速、大尺度的监测和评价要求。 

　　遥感技术的发展与进步为河流、湖泊水体的监测和研究开辟了新的途径。高光谱遥感由于其高精度、多波段、信息量大等特点被广泛应用于遥感水质监测，大大提高了水质参数的估测精度。水体的光谱特性不仅是通过表面特征确定的，它包含了一定深度水体的信息，且这个深度及反映的光谱特性是随时空而变化的。水色( 即水体的光谱特性) 主要决定于水体中浮游生物含量( 叶绿素浓度)、悬浮固体含量( 混浊度大小)、营养盐含量、有机物质、盐度指标以及其他污染物、底部形态( 水下地形)、水深等因素。因此，通过遥感系统测量并分析水体吸收和散射太阳辐射而形成的光谱特征，是水质遥感定量监测的基础。 

　　 “大哉乾坤内，吾道长悠悠”。未来，长光辰谱将继续围绕高光成像技术领域，以客户需求、市场需求为导向，持续保持研发高投入，不断实现技术突破，打造拳头过硬的明星产品，树立自己的行业标杆，在高光谱国内外市场中占据一席之地。 

　　个人名片 　　  

　　杨飞，女，1989年生，博士，副研究员。2015年~2019年就职于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学中心，2019年6月起至今任长春长光辰谱科技有限公司副总经理。 

　　主要从事光学薄膜型高光谱成像技术研究，作为项目负责人承担了国防科工局、总装预研、中国科学院等项目十余项，在多个国家项目中担任副主任设计师、主管设计师等。发表论文十余篇，申请专利及软件著作权十余项。