观察|光子学如何在农业照明与监测传感领域大展身手？
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“科技兴农”之风正起，全球越来越多企业正借助科技手段，实现农业产量和利润的最大化，并将对环境的危害降到最低。而当下，光学元件也成为了撬动农业大发展的关键技术，在帮助发现植物疾病、处理害虫、收集数据以及保护野生动物免受重型机械的使用等各个方面发挥重要作用。 此外，光子学在加快食品工业现代化进程中发挥着越来越关键的影响，并为更高产、无化学物质、环境友好、资源高效和可持续的农业方法打下了基础。专家表示，发展相应的基础设施和技术，可以帮助大幅提高农业生产率。另外，近年来光子学在提供安全、营养、实惠的食品，建立从农场到餐盘的可持续食品产业价值链这些方面扮演了重要角色。 光子学助力智慧农业 更具体地来看，光谱分析设备和高光谱照相机能够帮助农民确定小麦收成中的蛋白质水平，筛选水果和蔬菜中的污染物，观察水质以测量鱼类的健康状况。而集成在无人机、飞机甚至卫星上的光学传感器，被用来精确和远程地绘制大面积的陆地区域。它们可以测量农业地区的大规模作物效应，并进一步帮助最小化农业实践对环境的影响。 除了提高生产率之外，减少食物浪费是另一个日益重要的议题。据统计，全球不少国家三分之一的粮食在收获、加工、分发或消费时被浪费。在这种背景下，光子学能够对粮食生产和消费都作出宝贵的贡献。例如，高光谱相机可以确定水果的成熟度和正确的采摘时间。与此同时，成像和标记有望加快食品加工和配送，而荧光光谱可以监测消费阶段食品中的氨基酸、维生素、过敏原和其他成分。 农业公司如何利用好光子学技术？ 既然优势已经不言而喻，那农业公司如何使用光子学来巩固自身的业务能力？ 像FESTO和John Deere这样的大公司将光学传感器集成到他们的自动化系统和重型机械中。值得注意的是，基于光学传感器的数字解决方案可以准确识别昆虫。它们可以集成到虫害管理系统中，包括及时处理设备和智能喷洒设备。最近，奥地利Optronia公司推出了Sendosafe Sensor，以保护野外动物不被重型农业机械杀死。结合机器视觉摄像头和人工智能(AI)，它们的传感器可以检测到野生动物，并自动提起切割装置，防止动物受伤。 垂直种植（也就是将作物叠放种植，而不是传统的横排种植）是目前受益于光学传感器的另一个领域。例如，像意大利Agricola Moderna这样的公司正在使用光子传感器来增强和支持其环境控制、疾病检测和数据收集的自动控制系统，并帮助他们优化工艺和产量。 高光谱成像是一种非接触式、非侵入式的技术，可提供可持续且不断升级优化的食品生产工具。通过应用高光谱成像来确定氮、磷、钾和类黄酮等，可以根据作物的健康和营养状况作出作物管理决策。高光谱成像还用于植物表型，通过收集植物的化学资产、大小和形状的信息，以优化作物管理决策。位于荷兰的IMEC OnePlanet研究中心是基于集成光子技术的新型实时传感技术(近红外[NIR]、拉曼光谱和高光谱成像)的先驱。OnePlanet的目标是提高对粮食生产过程的认识并进行改进，以优化资源利用和减少浪费。 总部位于法国的SILIOS技术公司则开发了一系列紧凑的多光谱相机，包括涵盖430-930 nm光谱域的CMS/CMS4系列。其中，TOUCAN是专门设计的，可以实现VIS NIR多光谱系统的高度集成，这将图像分成非常大的范围(400-900 nm)的十个光谱波段。SILIOS的销售经理Thierry Berthou指出，这些摄像头可以用于早期检测疾病，并启动智能喷洒，从而减少化学药剂的施用。 芬兰公司Specm是另一家开发农业高光谱成像解决方案的公司。该公司最近的一个产品应用例子是垂直农业，它可以节省农业所需的98%土壤和95%的水。 |
