高光谱成像仪市场调研报告

高光谱成像仪市场调研报告
目录
一.高光谱成像仪的简介 (2)
二.高光谱成像仪市场现状 (2)
三.产品类型分类 (4)
四.主要产品供应商 (5)
五.高光谱成像应用实例 (10)
一.高光谱成像仪的简介
高光谱成像（HSI）是光谱技术和成像技术的结合，通常也被成为成像光谱技术。

高光谱成像是加入了彩色三维成像的技术，包括目标频谱数据的反射图像，通过数据处理得到电磁光谱图像中每个像素。

高光谱成像系统一般包括高光谱成像仪，摄像机，光源，数据软件和计算机等。

二.高光谱成像仪市场现状
2017年全球高光谱成像系统产量达到395台，销售额约6849万美元。

预计2023年将达到13456万美元，年复合增长率（CAGR）为11.91%。

2019年全球高光谱成像系统产量达到549台，销售额约9042万美元。

从全球范围看，北美是最大生产地区，主要生产企业也集中在这一地区，比如美国Headwall Photonics,美国Resonon，美国Surface Optics，美国康宁（并购NovaSol），加拿大ITRES，加拿大Telops和美国Brimrose等。

北美地区2019产量共318套，占全球的58.01%，其次是欧洲，主要生产商有芬兰Specim，欧洲微电子研究中心（IMEC），挪威纳斯克电子光学公司（Norsk Elektro Optikk AS）等。

图1 2017年全球不同分类高光谱成像系统产量份额
图2 2017年全球高光谱成像系统主要应用领域消费量份额
三.产品类型分类
1. 紫外光谱（10～380 nm）
军事领域：飞机发动机尾焰紫外追踪，导弹预警，紫外预警目标观察，紫外火控目标瞄准系统
公安刑侦：现场侦查痕迹，可观察指纹印、体液、火药、麻药
航天领域：空间探测
2. 可见光谱（380～780nm）
农业领域：防病虫害
增强视场：获取高光谱分辨率和高空间分辨率
公安刑侦：手印显现
3. 近红外光谱（780-2526nm）
生物医学领域：测定脑血流量和脑血管中CO2的活性、血或血清中血红蛋白载氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量
农业、食品、纺织、聚合物、药物、石油化工、生化和环保。

4. 中红外光谱（2.5-25μm）
在军事、环境监测、医学治疗以及基础研究等领域
环境监测：监测甲烷和氧化亚氮
生物医学：蛋白质分析、液相色谱/生物反应器监控、无标签数字病理学、纳米成像5.远红外光谱（25-1000μm）
基础研究：半导体监测，超导体监测、等离子体诊断、天体物理研究。

四.主要产品供应商
1.Headwall Photonics
Headwall Photonics是一家真正独特的技术企业。

该公司成立于2003年5月，是管理层收购安捷伦科技公司全息光栅业务的结果，该公司是世界上设计和大批量生产光学模块、子系统和原始全息衍射光栅的领先企业。

Headwall延续了American Holographic（2000年被安捷伦收购）丰富的工程传统，为其全球广泛的客户群提供一系列集成的光学波长解决方案。

面向的主要市场：遥感，机器视觉，医疗生物技术和政府国防。

大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
250-500nm（12nm）遥感探测
400-1000nm（6nm）遥感探测
670-780nm(0.25nm) 叶绿素荧光
380-1000nm(2-3nm) 法庭科学文物保护
400-2500nm(6-8nm) 遥感探测
HySpex高光谱成像仪（400-1000nm）25万
2.Specim
芬兰SPECIM是世界上最早提供商用高光谱分光器的制造商，至今已有二十余年高光谱产品的生产历史。

产品多样，覆盖范围广泛，包含工业高光谱相机、实验室高光谱相机以及机载高光谱相机。

产品涵盖可见光到热红外全部波段，为用户提供最全面的高光谱成像解决方案，满足工业、科学和研究用户的不同需求。

面向的主要市场：农林业监控、植被监测、植物物理分析、石油勘探等领域。

大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
400-1000 nm （7nm）高速工业生成和科研应用
400-1000 nm/900-1700 nm/2.7-5.3μm（5.5 nm/8 nm/35nm）高速工业生成和科研应用80-800 / 400-1000 nm（2.0 / 3.0 nm）食品和植被研究，环境监测，实时分拣等
380-800 / 400-1000 nm（2.3 / 2.9 nm）颜色控制，艺术品扫描，伪造检测，植被和地质等
1000-2500 nm （12 nm）矿物填图，化学成分分析，艺术品鉴定等
3-5 μm （35 nm）气体检测，塑料分拣等
8-12 μm 100 / 400 nm火灾监测，地质勘察，矿物分类，国防安全，气体检测等
FX17（900-1700 nm）高校优惠价5万欧元配套平台1万欧元
3.Resonon
Resonon成立于2002年，位于美国，提供完整的高光谱成像系统以及定制的硬件和软件解决方案。

面向的主要市场：应用台式、野外、工业和航拍系统
大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
400-1000nm （1.3nm/2.1nm）30-50万成套系统要100万
900-1700nm（2.5nm/4.9nm）50-100万
350-800nm（2.3nm）30-50万
4.IMEC
IMEC成立于1984年，目前是欧洲领先的独立研究中心，研究方向主要集中在微电子，纳米技术，辅助设计方法，以及信息通讯系统技术（ICT）. IMEC 致力于集成信息通讯系统设计；硅加工工艺；硅制程技术和元件整合；纳米技术，微系统，元件及封装；太阳能电池；以及微电子领域的高级培训。

面向的主要市场：医疗诊断、精细农业、高级机器视觉、矿产调查、材料分类等
大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
1100-1600nm
470-900nm
1100-1650nm
5.SURFACE OPTICS
SOC（SURFACE OPTICS CORPORATION）公司是一个处于世界领先地位，已有25年研发各种光谱反射计的公司。

这些仪器可以在标准实验室条件下的现场精确地测量和研究材料表面的红外光学特征-定向反射率。

面向的主要市场：医疗、农业、军事、机器视觉
大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
400-1000nm（4.2nm）
900-1700nm（6.25nm）
2000-5000nm（48-73nm）
6.Norsk Elektro Optikk
挪威Norsk Elektro Optikk（NEO）纳斯克电子光学公司成立于1985年，是挪威电子光学技术领域的先驱，在整个欧洲也是zui早开始研发基于激光技术的电子光学产品的厂商之一。

它依托自主研发的光谱探测领域独到的技术优势，成功地推出几大系列、三十余种型号的激光气体分析仪产品，辅之以严格的检验手段和设备，使挪威Norsk Elektro Optikk（NEO）纳斯克电子光学公司的产品行销全球百余个国家，在用户中拥有极好的口碑。

面向的主要市场：无人机机载、实验室系统、实地勘探、工业领域
大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
400-800/430-820/485-960/400-1000 nm（5.5nm）
950-1730nm（3.36nm）
960-1920 / 1100-2200 / 1250-2500nm（5.45nm）
400-1000nm（3nm）
970-2500nm（5.1nm）
7.Itres
加拿大Itres公司一直致力于研发、制造、销售机载成像光谱系统产品，并提供技术支持和操作指导，产品广泛应用于环境、工业、探测、无人机及快速响应制图领域。

面向的主要市场：无人机机载
大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
3700-4800nm
1000-2500nm
380-1050nm
400-2500nm
950-2500nm
3000-5000nm
3700-4800nm
8000-11500nm
280-375nm
8.INNO-SPEC
德国INNO-SPEC GmbH公司专注于光学多通道光谱技术和光谱仪。

这些高精度并经久耐用的高光谱仪使用了永久标定的，热稳定的，紧凑制作的衍射元件和多通道光电传感器器件和电子器件。

大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
950-1700nm（10nm）
1200-2200nm（13nm）
400-1000nm（10nm）
500-950nm（7.5nm）
9.Xenics
Xenics公司是世界领先的短波、中波相机制造商，致力于红外成像探测器、相机、成像系统的研发与生产，提供包括短波红外相机，InGaAs相机在内的多种红外相机。

大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
900-1700nm
3.7μm-
4.8μm, 1.5μm -6μm
8-14μm
10.双利合谱
四川双利合谱科技有限公司是一家集光学、精密机械、电子、计算机技术于一体的高新技术企业，聚焦机械推扫式及液晶可调滤光片式两大类高光谱测量技术，为广大客户提供门类齐全的高光谱系统解决方案。

面向的主要市场：农业遥感、工业分选、刑侦物证鉴定、环境保护、地质勘探、考古研究、食品检测等领域。

大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
420-1000nm（15nm）环境保护、矿产勘测、考古、林业监测
400-1000nm 900-1700nm 1000-2500nm 果蔬水分、糖酸度检测
11.中达瑞和
深圳市中达瑞和科技有限公司创立于2005年，是一家集液晶光电子、高光谱成像系统研发制造，以及信息化解决方案和服务为一体的国家高新技术企业。

面向的主要市场：公安刑侦精准农林、采矿勘探、遥感遥测、医学医疗
大部分产品光谱范围及光谱分辨率：
920-1700nm（1nm）50万
450-950（1nm）
420-750nm（1nm）
五.高光谱成像应用实例
1.食品和农业领域
1.1消除非磁性异物
美国ImpactVison与墨西哥最大的糖加工商Beta San Miguel合作推出了异物检测系统。

高光谱成像系统可以以生产级速度检测最大尺寸为0.5mm的异物。

ImpactVision的系统提供了一种实时、高精度的解决方案，可扫描100％的产品并识别食品表面上和下方的污染物。

图3 异物检测系统
1.2非侵入性的实时牛油果干物质含量检测
牛油果是一种独特的水果，在树上成长，但只有在采摘后才会成熟。

一旦采摘下来，它们会在一到两周内成熟，留下一个狭小的窗口时间来进行配送。

ImpactVision的软件可以准确、无创地评估牛油果的干物质（DM）含量。

他们正在与牛油果分销商合作，用ImpactVision的分类系统取代缓慢的、破坏性的和基于样品的干物质测试，该系统可以扫描100%的产品，实时确定DM含量，并在生产线上对产品进行相应的分
类。

图4 牛油果干物质监测
1.3非侵入性的实时马铃薯干物质含量
马铃薯干物质含量高的块茎在油炸时吸收的脂肪较少，炸薯条中通常使用干物质含量高的块茎，而下端的块茎则较不易受挫伤，并且可以保存更长的时间，从而具有多种用途。

使用高光谱成像和机器学习以干物质为基础更好地分割马铃薯作物，将确保马铃薯的优化利用，并通过开拓新市场并确保其使用最大化收益，提供高质量并减少浪费，为消费者提供正确的选择。

图5 马铃薯干物质监测
2.国防安全领域
2.1邮件筛选器
美国ChemIMage的邮件筛选器通过信封和纸张，与记号笔，蜡笔，油漆甚至邮票和贴纸下的混合物一起检测非法药物，不到10秒即可扫描邮件。

图6 邮件筛选器
2.2威胁检测器
筛查车辆、货物、行李和其他装有炸药或麻醉品的容器。

在访问控制点，边界过境点或端口处提供附加的分层安全性。

筛选不明/可疑的包裹或无人看管的袋子，以查找爆炸物。

扫描犯罪现场、秘密实验室或用药过量的现场，寻找可能有害的材料。

图7 威胁检测器
2.3车辆检查器
检查站使用车辆检查器对车辆进行爆炸性物质筛查，增加一层安全性，以保护人员健康。

有助于减轻人员负担，补充现有安检力量（例如缉毒犬）并填补空白。

产生视觉威慑作用，并可能阻止尝试进行威胁的人。

图8 车辆检查器
3.生产监测领域
3.1热封包装的密封性检测
完好的密封包装可保持产品的新鲜度，防止泄漏并延长质保期。

若袋口出现密封不严实，则空气和其他污染物，如霉菌、真菌或细菌就会进入包装，使产品在有效期满前变质。

因此，确保包装的密封性完好至关重要，这就要求在产品出厂时对包装的密封性进行严格的检测。

FX17（900-1700nm）高光谱相机的特别之处在于它的光谱分辨率：借助其近红外光谱的透射特性，即使透过有印刷图案或文字的塑料膜，也可以可靠地检测出是否有奶酪碎片或其他异物分布在热封口处（密封性）。

前提条件是，包装的塑料材质对SWIR（1000-2500nm）
范围内的光具有穿透性。

透过包装膜也可以可靠地检测出瑕疵或异物。

图9 检测效果：黄色圆圈标注了热封口处填充的红色异物
图10 热封口处填充了红色异物
3.2药丸100%检测
药品生产过程中，药品的品质保障是重要的挑战之一。

在典型的工业过程中，数千个药丸中却只有一个药丸被全面检测。

但通过在生产过程中使用Perception System（一种可在制药过程中对药品进行100％检测的独特的PAT（Performance Analysis T ool）工具）和工业高光谱相机，可实时对每个药丸进行在线检查，实时监测药丸中API （活性药物成分）的浓度和分布。

化学彩色图像显示了三种不同的药物，蓝色：Lercanidipin；绿色：Eplerenon；红色：Roxithromycin。

检测了泡罩的完整性（缺粒）、不同种类药丸的混淆。

使用高分辨率相机，还可透过泡罩检测药丸上的裂缝和缺陷。

图11 化学彩色图像显示
3.3显示屏幕和光源检测
当前大多数显示屏幕（手机屏幕、PADS 、电视、车载的显示屏）和光源都基于LED背光，它们会产生不一致的光谱，因此只有通过测量LED的真实光谱才能进行准确的颜色测量。

传统的方法是采用分光光度计来检测显示屏幕和光源的颜色，但由于对检测时间的限制，在检测时分光光度计只能检测显示屏幕表面的几个离散点。

RGB相机是基于RGB三色波段来成像，仅对R（红）、G（绿）、B（蓝）3个波段响应，与标准色坐标XYZ不匹配，因此它们的色域和测量精度十分有限。

SPECIM FX10是可以采集整个显示屏幕的高光谱相机，在400-1000nm光谱范围内以5.5nm的光谱分辨率，同时采集产品的图像信息和光谱信息，可安装在生产线上快速地对整个显示屏幕进行光学质量检测。

FX10可测量显示屏幕和光源的色域、亮度水平、亮度均匀性、白点等光学参数。

用科技逼真还原显示屏的本色。

图12 传统离散点屏幕监测
图13 高光谱相机100%监测
4.环境监测和矿物学领域
4.1无人机高空高光谱成像
Nano-Hyperspec（400-1000nm）为Headwall Photonics公司针对无人机载平台开发的新型微型机载高光谱成像仪，其采用的光学系统为Headwall的核心专利——同轴反射凸面全息光栅分光技术。

图 14 数据采集拼接
高光谱航空影像在山地农业植被分类中的应用，高光谱数据提供了对农场景观进行详细分类和量化的可能性，补充了当地专家的知识，增加了决策的可信度。

使用AisaFENIX高光谱成像仪对八个不同的农
场（5个在新西兰北部，3个在新西兰南部）进行数据采集，得到在380-2500 nm范围内有448个光谱波段，空间分辨率为1米的高光谱数据。

主要目标是根据光谱信息绘制土壤肥力图，以相同的空间分辨率分别在春秋季节进行高光谱图像采集。

利用各种数据预处理和分类技术，对农场的牧草成分进行了分类，以确定哪种组合能提供最佳的精度；用支持向量机（SVM）对草地进行分类，准确率达99.59%。

对同一两个农场的额外景观成分进行了分类。

分类为非牧场牧草地面覆盖物的成分包括：水、履土壤、麦卢卡、灌木丛、树胶、杨树和其他树种。

通过研究分析证明高光谱技术可成功地用于高精度的植被分类，同时也可应用于景观要素分类和量化，比如肥料和农场经营管理、农村估价、农场战略管理和规划等。

图15 山地植被高光谱成像
4.2矿石成像
SisuROCK矿石分析仪配备了SPECIM公司最先进的高光谱相机，可以对地质产品进行快速的高光谱数据收集。

SisuROCK不仅可以作为一种高效、高吞吐量的生产工具在矿业生产中广泛使用，也可以作为一种功能强大且灵活的分析手段应用到地质研究领域。

SisuROCK矿石分析仪是一套专门针对岩芯和其他地质样品开发的高速扫描全自动高光谱成像设备。

该设备简单易用，具有对单个矿芯高分辨成像，和对整箱岩芯高速扫描的不同模式。

SisuROCK在15秒内就能完成整箱岩芯的高光谱成像数据采集，极大的提高了矿石分析、矿石筛选的效率。