微藻作為一類重要的生物資源，不僅在水質凈化、生物能源生產、食品和藥品開發等方面具有廣泛應用前景，還在環境監測、生態修復等領域發揮著重要作用。近年來，高光譜成像技術作為一種先進的非接觸式監測手段，逐漸在微藻培養與監測中展現出其優勢和潛力。
Fluortron多功能高光譜成像系統整合技術資源，以其高光譜分辨率和圖像處理能力，在微藻的生理狀態、生物量、種類識別等方面展現出強大的應用潛力。通過捕捉微藻在不同光譜波段的反射或熒光特性，可以實現對微藻生長狀態的高精度監測和快速分析。相較于傳統方法，Fluortron多功能高光譜成像技術具有多功能、非接觸、無損傷、實時性強、信息量豐富等顯著優勢，為微藻培養與監測提供了一種全新的解決方案。
案例一：使用高光譜成像儀對微藻培養進行非侵入性監測
微藻作為生物燃料、食品添加劑及藥物原料的重要來源，其高效培養與精確監測對于提高產量與質量至關重要。然而，傳統的監測方法往往存在耗時、破壞樣本等局限。本研究采用高光譜成像儀，結合線性回歸模型與一維卷積神經網絡（1D CNN），對實驗室條件下的微藻培養進行了非侵入性監測。通過捕獲微藻在不同生長階段的光譜圖像，實現了對生物量濃度的準確預測與物種分類。
實驗室研究研究表明，高光譜成像技術能夠在不破壞樣本的情況下，快速獲取大量光譜數據。線性回歸模型與1D CNN均表現出良好的預測性能，其中1D CNN不僅預測了生物量濃度，還可以實現對三種綠色微藻的高精度分類。工業規模的初步測試也表明，該技術同樣適用于實際生產中的微藻培養監測。
案例二：水華藍藻的精準區分
水華藍藻的爆發不僅影響水質，還可能產生有毒物質，對人類健康及水生生態系統構成威脅。因此，實現對水華藍藻的精準區分與有毒物種的快速識別具有重要意義。本研究利用實驗室條件下的高光譜圖像，結合機器學習算法，對形成水華的藍藻進行了分類與識別。
實驗研究表明，高光譜圖像能夠捕捉到藍藻光譜特性的細微差異，為機器學習模型提供了豐富的特征信息。利用機器學習算法在水華藍藻的分類與毒性識別中展現出準確性，為水華預警與治理提供了科學依據。
未來與展望
多功能高光譜成像技術與機器學習的結合，為微藻培養與水華藍藻監測帶來了革命性的變化。這一技術不僅能夠實現非侵入性、高精度的生物量監測與物種分類，還能有效識別有毒藍藻物種，為環境保護與生物技術的發展提供了強有力的支持。未來，隨著技術的不斷成熟與應用場景的拓展，都功能高光譜成像技術將在更多領域展現出其巨大的潛力和價值。
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參考文獻：
[1] Fournier, Claudia, et al. "Discriminating bloom-forming cyanobacteria using lab-based hyperspectral imagery and machine learning: Validation with toxic species under environmental ranges." Science of the Total Environment 932 (2024): 172741.
[2] Pääkkönen, Salli, et al. "Non-invasive monitoring of microalgae cultivations using hyperspectral imager." Journal of Applied Phycology (2024): 1-13.
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