高（gāo）光谱成（chéng）像技术（shù）起源（yuán）于地质矿（kuàng）物（wù）识别填图研究（jiū），逐渐扩（kuò）展（zhǎn）为（wéi）植被生（shēng）态、海（hǎi）洋海（hǎi）岸水（shuǐ）色、冰（bīng）雪（xuě）、土壤（rǎng）以（yǐ）及大（dà）气的研究中。对（duì）空间探测（cè）、军事安全、国土资源、科学研究等领（lǐng）域都具有非常重要的意义。
所（suǒ）谓高光谱图像就是在光谱维度（dù）上进行了（le）细致的分割，不仅仅是传统（tǒng）所谓（wèi）的（de）黑、白或者R、G、B的区（qū）别，而是在光谱维度上也有N个（gè）通道，例如：我们可以（yǐ）把400nm-1000nm分为（wéi）300个通道。因此，通过（guò）高光谱（pǔ）设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且（qiě）在光谱维度上进行展开，结果不仅（jǐn）可以获得图像上每个（gè）点的光谱数据，还可以获得任（rèn）一个谱段的影像信息。
目前高（gāo）光谱成（chéng）像（xiàng）技术发展迅（xùn）速（sù），常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。
光栅分光原理（lǐ）：
在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆（yuán）盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同程（chéng）度的弯散传（chuán）播，再通过光栅进行衍射分光，形（xíng）成（chéng）一条条谱（pǔ）带。也就是说：空（kōng）间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不（bú）同波（bō）长的光（guāng）按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行（háng）衍（yǎn）射（shè）分光，形（xíng）成一个谱带（dài），照射到探测器上（shàng），探（tàn）测器上的（de）每个像素位置和强度表（biǎo）征光谱和（hé）强度。一个（gè）点对应（yīng）一个谱（pǔ）段，一条（tiáo）线就（jiù）对应一（yī）个谱面（miàn），因（yīn）此探测器每次（cì）成像是空间一条线上的（de）光谱信息，为了（le）获得空间二维图（tú）像再通过机械推（tuī）扫，完（wán）成整个平面的图像和光谱数据采集。
经过狭缝的光由于不同波长（zhǎng）照射到（dào）不同的（de）探测器像元上，光能量很低，因此需要选择高灵敏相机，同时需要（yào）加光源。例（lì）如系统如（rú）下（xià）：
声（shēng）光可调谐滤波分光(AOTF)原理（lǐ）：
AOTF由声光介质、换能（néng）器和声（shēng）终（zhōng）端三（sān）部分组成（chéng）。射（shè）频驱动信号通过换能（néng）器在声光介质内激励出超（chāo）声波。改（gǎi）变射频驱（qū）动信号的（de）频率，可以改变AOTF衍射光的波长，从（cóng）而实（shí）现电调谐波长的扫（sǎo）描。
最常（cháng）用的AOTF晶（jīng）体材料为TeO2即非共（gòng）线（xiàn）晶体（tǐ），也就是说光波通过晶体之后以不同的（de）出射角传播。如上图（tú）所示：在晶体前端有一个换能器，作用于不同（tóng）的驱动频率，产生不同频率的振（zhèn）动即声波。不同的驱动（dòng）频率对应于不同振动的声波，声波通过晶体TeO2之后（hòu），使晶（jīng）体中晶格（gé）产生（shēng）了（le）布（bù）拉格衍射，晶（jīng）格更像（xiàng）一种滤波器（qì），使晶体只能通过一种波长的（de）光。光进入（rù）晶体之（zhī）后（hòu）发生衍射，产生衍射光（guāng）和零级光（guāng）。
l AOTF系统组成：
AOTF系统组成（chéng）：成像物镜+准直镜+偏振片+晶体+偏振片+物镜+detector，入（rù）射光（guāng）经过（guò）物镜会（huì）聚（jù）之（zhī）后进（jìn）入准平行（háng）镜(把（bǎ）所有的入射光变成平（píng）行光)，准（zhǔn）平行光进（jìn）入偏振片（piàn）通过同一方向的传播的光，平行光进入晶体之后（hòu），平行于（yú）光轴的光按（àn）照（zhào）原来（lái）方向前行，非平（píng）行光进行衍射，分成两束相（xiàng）互垂（chuí）直o光和e光（guāng）(入射光的波长（zhǎng）不同经过晶（jīng）体之后的o光与e光的（de）角度（dù）也不同，因此在改变波长的过程中，图像会出（chū）现漂移);o光（guāng）和（hé）e光及0级光分别（bié）会聚在（zài）不同的（de）面（miàn）上（shàng）。
为了保证入射光经过准平行镜之后能够完全变化成平行光，因（yīn）此对前（qián）端的物（wù）镜视（shì）场角有一定的要求（qiú），根据晶（jīng）体的（de）xxx角，可算出（chū）物镜最大（dà）的视场角，小于最（zuì）大（dà）视场角的情况，成像ok，如果大（dà）于（yú）视场角，则会造（zào）成重影（yǐng）(衍射光与0级（jí）光都进入了sensor);
实（shí）现方法：
不同波长的光经（jīng）过晶（jīng）体之后衍射（shè）光与0级光的夹角也不同，因此为了能（néng）够保证更好的（de）成像（xiàng）效果（guǒ），在晶体的出光（guāng）口加入遮挡（dǎng）片，即遮挡0级光，避（bì）免与衍射光一起进（jìn）入sensor，造成重影。
对（duì）聚（jù）光准直系统（tǒng）的（de）优化有两个方（fāng）面：1提高光（guāng）源的聚光效果，2减小聚光准直系统（tǒng）的外形尺寸。
棱镜分光（guāng）：
入（rù）射（shè）光通过棱镜后被（bèi）分成不同的方向，然后照射到不（bú）同方向的探测（cè）器上进行成像。棱镜（jìng）分光后，在棱镜的出射面镀了不同（tóng）波（bō）段的滤光膜，使得不同方向的（de）探测器可（kě）以采（cǎi）集到（dào）不同光谱信息，实现（xiàn）同时采集（jí）空（kōng）间及光谱信息。
芯片镀膜
近年来（lái），IMEC(欧洲微电子研究中心（xīn）)采用高灵敏CCD芯片及SCMOS芯片研制了一种新的高光（guāng）谱成像技术，在探测器的（de）像元上分别镀不同波段的滤波膜实现高光谱成像（xiàng），此技术（shù）大大降低的高光谱成像的（de）成本。
目前（qián）IMEC提供三种标准的光谱探测（cè）器：100波带（dài）的（de）线扫描探测器，32波带的（de）瓷砖式镀膜探测器，16波（bō）带以4x4为一个波段（duàn）的马（mǎ）赛克式镀膜探测器
这种光谱技术的优点是可以（yǐ）同时获得（dé）光谱分辨率和（hé）空（kōng）间分（fèn）辨（biàn）率（lǜ），可以进行快速（sù）、高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（dī），一般（bān）大于（yú）10nm，多用于无人机等大范围扫描的光谱应用领域。
利用大数据分析农作物长（zhǎng）势（shì）、病虫害和农田墒情（qíng）等信息可（kě）以让农业（yè）生产（chǎn）更加精准高效。获取这些（xiē）大数据，就要先给土地（dì）做（zuò）“CT”。为土地做 “CT”的关键（jiàn）技术设备在（zài）陕西省取得了重大突破。中煤航测遥（yáo）感局采用小型固定翼无人机搭载高（gāo）光谱成像仪成功（gōng）实施了多次数据获取，成（chéng）为国内首家成功实施该项（xiàng）技（jì）术集成的技术（shù）团队。
长（zhǎng）期以来，国内高光谱（pǔ）数据获取只能依赖大（dà）飞机，导（dǎo）致数据成本大大增加，一般性科研和社会项目（mù）无法采用。另外，在多（duō）旋翼无 人机上搭（dā）载的高光谱（pǔ）相机由于航时过短，难以获取大区域的高光谱（pǔ）数据。这（zhè）些因素，制约了我国千米左右低空（kōng）遥感信（xìn）息产业（yè）的发（fā）展。煤航（háng）在国内率先开展此项研（yán）究， 攻克了无人机搭载高（gāo）光谱成像仪的成像控制与操控系统信号对接、数据预（yù）处理等一系列技术难题。该技术具有（yǒu）高光谱分辨率、高空间分辨率、高时间分辨率和低成本 获取的显（xiǎn）著优势（shì），能够克服传统航（háng）天技（jì）术手段代（dài）价（jià）高、时效性不强等瓶颈，可开展大范（fàn）围，高频次的（de）遥感数据获取，并大大降低费用。
目（mù）前，该无人机（jī）可开展低空航摄、多光谱、热红外及高光谱遥感（gǎn）飞行，可广泛应用于国土（tǔ）、规划（huá）、环保、水利等行业和领域。
在（zài）实验中，研究团队集（jí）成采用无人机搭载微型高光谱成像仪（yí），先后两次（cì）成功获（huò）取了杨凌揉谷试验（yàn）区近（jìn）3平（píng）方公里（lǐ）的高光谱数据。据（jù）煤（méi）航专家介绍，这套高光谱成像 仪包括（kuò）了（le）128个（gè）有效（xiào）波段（duàn），波长区（qū）间为400-100纳米，每秒钟可（kě）获取（qǔ）50×50像素的照片5张（zhāng）。同时，配（pèi）备了（le）一套1000×1000像素的全（quán）色成像 仪，用于同步记录全色图像（xiàng）。根据这些数据，可以（yǐ）很好地分析出（chū）植物的生长状（zhuàng）况、土（tǔ）壤内有机物含量等信（xìn）息。经过分析和处理，这些数据质量达到（dào）了预期标准，是国内首次在小型（xíng）固定翼无人机上成（chéng）功获（huò）取的（de）高（gāo）光谱试验数据。
该项技术是（shì）国家科技支撑计（jì）划项目“旱区多遥感平台（tái）农田信息精准获取技术集（jí）成与应用（yòng）”课题中“航空和（hé）低空（kōng）平台传感（gǎn）器（qì）和信息获取”的核心成果。目前，煤航（háng）已经拥有电动（dòng）和油（yóu）动两种机型共四架无人机，可搭载（zǎi）四种传感（gǎn）器。
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