高光谱（pǔ）成像技术起源于地质矿（kuàng）物识别填图研究（jiū），逐渐扩展为植被（bèi）生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中（zhōng）。对空间探测、军事安全、国土资源、科学研究（jiū）等（děng）领（lǐng）域都具（jù）有（yǒu）非常重（chóng）要的意义。
所谓高光谱图（tú）像就是（shì）在光（guāng）谱维度上进行了细致的（de）分割（gē），不仅仅是传统所谓的黑（hēi）、白或者R、G、B的（de）区别，而是在光谱维度上也有N个通道（dào），例（lì）如：我们可以把400nm-1000nm分（fèn）为300个（gè）通道。因此，通过高光（guāng）谱设（shè）备获取到的是一个数据立（lì）方，不仅有图像的（de）信息，并且在光谱维（wéi）度（dù）上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光（guāng）谱数（shù）据，还可以获得任一个（gè）谱段（duàn）的影像信息。
目前（qián）高光谱成（chéng）像技术发展迅速，常见的包括光（guāng）栅（shān）分（fèn）光（guāng）、声光可（kě）调（diào）谐（xié）滤波分光（guāng）、棱镜（jìng）分光、芯片镀膜等（děng）。
光（guāng）栅分光原理：
在（zài）经（jīng）典物（wù）理学中，光波穿（chuān）过狭缝、小孔或者圆（yuán）盘之类的障碍（ài）物时，不同波长的光会发生不同程度的弯散传（chuán）播，再通（tōng）过光（guāng）栅进行衍射分光（guāng），形（xíng）成一（yī）条条（tiáo）谱带。也就是说：空间（jiān）中的一维信息通过镜头和狭缝后（hòu），不同波长（zhǎng）的光按照（zhào）不（bú）同程度的（de）弯散传播（bō），这一维图像上的每个点，再通过光栅（shān）进行衍射分光，形成一（yī）个谱带，照射（shè）到探测器上，探测器上（shàng）的每（měi）个像素位置和（hé）强度表征光谱和强度。一（yī）个点对（duì）应一（yī）个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测（cè）器每次成像是空间一条（tiáo）线（xiàn）上的（de）光谱信息，为了获得空间二维（wéi）图像（xiàng）再（zài）通过机械推（tuī）扫（sǎo），完成整个平面的图像（xiàng）和光谱数据采集。
经过狭（xiá）缝的光由于不同波长照（zhào）射到不同（tóng）的探（tàn）测器像元上（shàng），光（guāng）能量很（hěn）低，因此需要选择高灵敏相机，同时需（xū）要加（jiā）光源。例如（rú）系统如下：
声光（guāng）可调谐滤波分光(AOTF)原理：
AOTF由声光（guāng）介质、换能器（qì）和声终端三（sān）部分组成（chéng）。射频驱动信号通过换能（néng）器在声光介质（zhì）内激励出超声（shēng）波。改变（biàn）射频驱动信号的频率（lǜ），可以改变AOTF衍射光的波长，从（cóng）而实现电调谐波长的扫描。
最（zuì）常用的（de）AOTF晶体材料（liào）为TeO2即（jí）非共线晶（jīng）体，也就是说光波通（tōng）过晶体之后以不同的出射角传（chuán）播。如上图（tú）所示：在晶体前端有一（yī）个换能器，作用于不同（tóng）的驱动（dòng）频率，产（chǎn）生不同（tóng）频率的振动即声波。不同的驱动频（pín）率对应（yīng）于不同振动（dòng）的声（shēng）波（bō），声波通过晶（jīng）体TeO2之（zhī）后，使晶体（tǐ）中晶格产生了布拉（lā）格衍射，晶（jīng）格更像一种（zhǒng）滤波器，使晶体只能通过一（yī）种（zhǒng）波长的光。光进入晶体之后（hòu）发生衍射（shè），产生衍射光和零级光。
l AOTF系（xì）统组成：
AOTF系（xì）统组成：成像物镜+准直镜+偏（piān）振片+晶体+偏振片+物镜+detector，入射光经过物（wù）镜会聚（jù）之后（hòu）进入准平行镜(把所有的入（rù）射光变成平（píng）行光)，准（zhǔn）平行光进入偏振片（piàn）通过（guò）同一方向的传播的光，平行光（guāng）进入（rù）晶体之后（hòu），平行于光（guāng）轴的光按照原来方向前行，非平行光（guāng）进行（háng）衍射，分成两束（shù）相互（hù）垂直o光和e光（guāng）(入射光的波长不（bú）同经过晶体之后的o光与e光的角度也（yě）不同，因（yīn）此在改变波长的过程中（zhōng），图像会出（chū）现漂（piāo）移);o光和e光及0级光（guāng）分别会聚在不同（tóng）的面上。
为了保（bǎo）证入射光经过准平行镜之（zhī）后能够完全变化成平行光，因（yīn）此对前端的物（wù）镜视（shì）场（chǎng）角有（yǒu）一定的要求，根据晶体的xxx角，可（kě）算出物镜最大的视场角，小于最（zuì）大（dà）视场角的情况，成像ok，如果大于视场角，则会造成重影(衍（yǎn）射光与0级（jí）光（guāng）都进（jìn）入（rù）了sensor);
实现方法：
不同波长的（de）光（guāng）经过（guò）晶体之（zhī）后衍（yǎn）射（shè）光与0级光（guāng）的夹角也（yě）不同，因此为了能够保证更好的成像效果，在（zài）晶体的出光（guāng）口（kǒu）加入遮挡片，即（jí）遮挡0级光，避免与（yǔ）衍射光一起进入sensor，造成（chéng）重影。
对聚光准直系统的优化有两个方面：1提（tí）高光源的（de）聚光效果，2减小（xiǎo）聚光准直系统的外形（xíng）尺寸。
棱镜分光：
入射光通过棱镜后被分成不同（tóng）的（de）方向，然（rán）后照射到（dào）不同（tóng）方向的探测器上（shàng）进行成像。棱（léng）镜（jìng）分光后，在（zài）棱镜的出射面镀（dù）了不同波段的滤光（guāng）膜，使（shǐ）得不同方向的探（tàn）测器可（kě）以采（cǎi）集到（dào）不同光谱信息，实现同时采集空间及光谱信（xìn）息。
芯片镀膜（mó）
近（jìn）年来（lái），IMEC(欧洲微电子研究中心)采用高灵敏CCD芯片及（jí）SCMOS芯片研制了一种新的高光谱成像（xiàng）技术，在探测器的像元上分别镀不（bú）同波段的滤波膜实现高光谱成像，此技术大大降低（dī）的高光谱成像的成本。
目前IMEC提供（gòng）三种（zhǒng）标准的（de）光（guāng）谱探测器：100波（bō）带（dài）的线扫描探测器，32波带的瓷砖式镀膜（mó）探（tàn）测器，16波带以4x4为一个波（bō）段的（de）马（mǎ）赛克式镀膜探测器
这种光谱技术的优点是可以同时（shí）获得光（guāng）谱（pǔ）分辨率和空间分辨率，可以进行快速、高（gāo）性能地获得光谱信息和空间信息，集成度高，成本低。但是缺点是光谱灵敏度较低，一般大于10nm，多用于无人机等大范围扫描的光谱应（yīng）用领域。
利用（yòng）大数据分析农作物长势、病虫害和农（nóng）田墒情等信息可以让农（nóng）业生（shēng）产更加（jiā）精准高效。获取这些大（dà）数据，就要先给土（tǔ）地做（zuò）“CT”。为土地做（zuò） “CT”的关（guān）键技术设（shè）备在陕西省取得了（le）重大（dà）突破。中（zhōng）煤航测遥感局采用小型固定翼无人机（jī）搭载高光谱成像仪成功实施（shī）了多次数据（jù）获取，成为（wéi）国内（nèi）首家成功实施该（gāi）项技术集（jí）成的技术（shù）团（tuán）队。
长期以来，国（guó）内高（gāo）光谱数据获取只能（néng）依赖大飞（fēi）机，导致数据成本（běn）大大增加，一般性科研和社会项（xiàng）目无法采用（yòng）。另外，在多（duō）旋（xuán）翼无 人机上搭载（zǎi）的高光（guāng）谱相机（jī）由于航（háng）时过短，难（nán）以获（huò）取大（dà）区域的高光谱数据。这些（xiē）因素，制约了我国千（qiān）米左右低空遥感信息产业（yè）的发展（zhǎn）。煤航在国（guó）内（nèi）率（lǜ）先开展此（cǐ）项研（yán）究， 攻（gōng）克了无人机（jī）搭载高光谱成像（xiàng）仪的成像控制与操控（kòng）系统（tǒng）信号对接、数据预处理等一系列技术难题。该技术具有高光谱分（fèn）辨（biàn）率、高（gāo）空间（jiān）分（fèn）辨（biàn）率、高时（shí）间分（fèn）辨率和低（dī）成（chéng）本 获取的显著优势，能够克服传统航天（tiān）技术手段代价高、时效性不强等瓶颈（jǐng），可开（kāi）展大范围，高频次的遥（yáo）感数据（jù）获取，并大大降（jiàng）低费用。
目（mù）前（qián），该无人机（jī）可（kě）开（kāi）展低空航摄、多（duō）光（guāng）谱、热红外及高光（guāng）谱遥感飞行，可（kě）广泛（fàn）应用于（yú）国土（tǔ）、规划、环保、水利等行业和领域。
在实验中，研究团队集成采用无人（rén）机搭（dā）载微（wēi）型高光谱成像（xiàng）仪，先后两次成功获取了杨凌揉（róu）谷试（shì）验区近3平方公里（lǐ）的高光谱数据。据煤（méi）航专家介绍，这套高光谱成（chéng）像 仪包括了128个有效（xiào）波段，波长区间为400-100纳米，每秒（miǎo）钟可获取50×50像素的照（zhào）片5张。同时，配备了一套1000×1000像素（sù）的全色成（chéng）像 仪，用于同步记录全色图像（xiàng）。根据（jù）这些数据，可以（yǐ）很好地分析出植（zhí）物（wù）的生长状况、土壤内有机物含量等信息。经过分析和处（chù）理（lǐ），这（zhè）些（xiē）数据质量达到了预期标准，是国内首（shǒu）次（cì）在（zài）小型固定翼无人机上成功获取的高（gāo）光谱试验数据。
该项技（jì）术是（shì）国家科技支撑计划（huá）项目“旱区多遥感平台农田信息精准获（huò）取技（jì）术（shù）集成（chéng）与应用”课（kè）题（tí）中“航（háng）空和低空（kōng）平台传感器（qì）和信息获取”的核心成果。目（mù）前，煤航已经拥有电动和油动两种（zhǒng）机型共四架无人机（jī），可搭载（zǎi）四（sì）种传感（gǎn）器。
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