高（gāo）光谱成像技术起源于地质矿物识别填图研究（jiū），逐渐扩展（zhǎn）为植（zhí）被生态、海洋海（hǎi）岸水色、冰雪、土壤（rǎng）以及大气的（de）研究（jiū）中（zhōng）。对（duì）空（kōng）间探（tàn）测、军事（shì）安全、国（guó）土资（zī）源、科学研（yán）究等领域都（dōu）具有非常（cháng）重要的意义。
所谓高光谱图像就是在（zài）光谱（pǔ）维度（dù）上（shàng）进行了细致的（de）分割，不仅仅是传统所谓的（de）黑、白或者（zhě）R、G、B的区别（bié），而是（shì）在光谱（pǔ）维度上（shàng）也有N个（gè）通道，例如（rú）：我们可（kě）以把400nm-1000nm分（fèn）为（wéi）300个通道。因此，通过高光谱设备获取到（dào）的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光（guāng）谱（pǔ）维度（dù）上进（jìn）行展开，结果（guǒ）不仅可以获得图（tú）像上每个点的光谱（pǔ）数（shù）据，还可以获得任一个谱段的影像信息。
目前高光（guāng）谱成像技（jì）术发展迅（xùn）速，常（cháng）见的（de）包（bāo）括光栅分光、声光可（kě）调谐滤波分光、棱（léng）镜分光（guāng）、芯片（piàn）镀膜等。
光栅分（fèn）光原理：
在经典物理学（xué）中，光波穿过狭缝、小孔或者（zhě）圆盘之类的障碍物时，不同波长的光（guāng）会发（fā）生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍（yǎn）射（shè）分光，形成一条条谱带。也就是说（shuō）：空间（jiān）中的（de）一维信息通过镜头和狭缝后，不同（tóng）波长（zhǎng）的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每（měi）个点，再通（tōng）过光栅进行衍（yǎn）射分光，形成（chéng）一个（gè）谱带，照（zhào）射到（dào）探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光（guāng）谱和强度。一（yī）个（gè）点对应一个谱段（duàn），一条线就对应一个（gè）谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光（guāng）谱（pǔ）信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面（miàn）的图像和（hé）光谱数据采集。
经（jīng）过狭缝（féng）的光（guāng）由于不同波长照射到不同的探测器像（xiàng）元上，光能量很低，因此需（xū）要选择高灵敏相机（jī），同时需要加光源。例如系（xì）统如下：
声光可调谐滤波分光(AOTF)原理：
AOTF由声光介质、换能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通（tōng）过换能器在声光介质内（nèi）激励出超声波。改变（biàn）射频驱（qū）动信号（hào）的频率，可以（yǐ）改变AOTF衍射光的波长，从而实现电（diàn）调谐波（bō）长的（de）扫描。
最常用（yòng）的AOTF晶体（tǐ）材料为TeO2即非共线晶体，也就是说光波（bō）通过晶体之后以（yǐ）不同的出射（shè）角传播。如上（shàng）图所示：在（zài）晶体前端（duān）有一个换能器，作（zuò）用于不（bú）同的（de）驱动频率，产生不同频率的振动即声波（bō）。不同的驱动（dòng）频率对应于不同（tóng）振动的声波，声（shēng）波通过晶体TeO2之后，使晶体中晶格产生了布拉格衍射，晶（jīng）格更像（xiàng）一种滤波器，使晶体（tǐ）只能通过（guò）一种波（bō）长的光。光（guāng）进（jìn）入晶体之后发生衍射，产生衍射光和零级光（guāng）。
l AOTF系统（tǒng）组（zǔ）成：
AOTF系统组（zǔ）成：成像物镜+准直镜+偏振片+晶体+偏振片（piàn）+物（wù）镜（jìng）+detector，入射光（guāng）经过（guò）物（wù）镜会聚之后进（jìn）入准平行镜(把（bǎ）所有的入（rù）射光变成平行光)，准平（píng）行（háng）光进入偏振片通过同一方向的传播的光，平（píng）行光进入晶体之后，平行于光轴的（de）光按（àn）照原（yuán）来方（fāng）向前（qián）行，非平行光进行衍射，分成两束（shù）相互垂直（zhí）o光和e光(入（rù）射（shè）光的（de）波长不（bú）同（tóng）经过（guò）晶体之后的（de）o光（guāng）与e光的角度也不（bú）同，因此在改（gǎi）变（biàn）波（bō）长（zhǎng）的过程（chéng）中，图像会出现漂移);o光和e光（guāng）及（jí）0级光分别（bié）会聚在不同的面（miàn）上。
为了保（bǎo）证入（rù）射（shè）光经过准平（píng）行镜之后能够完全（quán）变（biàn）化成平行光，因此对前端的物镜视场角有一定（dìng）的要求，根（gēn）据晶（jīng）体的xxx角，可（kě）算出物镜最大的视场角，小于最大视场角的情况，成像ok，如果大于视场（chǎng）角，则会造成重影（yǐng）(衍射光与0级光都进入了sensor);
实（shí）现方（fāng）法：
不同波长的光经过晶体之后衍射光（guāng）与0级光的夹角也不同，因（yīn）此为了能够保证更好（hǎo）的成像效果，在晶体的（de）出光（guāng）口加入遮挡片，即（jí）遮挡0级光，避免与衍射光一起进入sensor，造（zào）成重影。
对聚光准直系统（tǒng）的优化有两个方面：1提高光源的聚（jù）光（guāng）效果，2减小聚光准（zhǔn）直系统的外形尺寸。
棱镜分光（guāng）：
入射光通过（guò）棱（léng）镜后被分成不同的方（fāng）向，然后照射到不（bú）同方向（xiàng）的探测器上进行（háng）成像。棱镜分光后，在棱镜（jìng）的（de）出射（shè）面镀（dù）了不同波段的滤（lǜ）光膜，使得不同方向的探测器可以采集到不同光谱信息，实（shí）现同（tóng）时采集空间（jiān）及光谱信息（xī）。
芯片镀膜
近（jìn）年来，IMEC(欧洲（zhōu）微电子研究中心)采用高灵敏CCD芯片及SCMOS芯片研制（zhì）了（le）一（yī）种新的（de）高光谱成像技术（shù），在探测（cè）器的像元上分（fèn）别镀不同波段的滤波（bō）膜实现高光（guāng）谱成像（xiàng），此（cǐ）技术（shù）大大（dà）降低的高（gāo）光谱成像的（de）成本。
目前IMEC提供三种标准的（de）光谱探（tàn）测器（qì）：100波带的线扫描探测器，32波带的瓷砖式镀膜探测器，16波带以4x4为一个波（bō）段的（de）马赛克式镀膜探测器
这种光谱（pǔ）技术的优（yōu）点是可以同时（shí）获得光谱分辨率和空间分辨率，可以（yǐ）进行快（kuài）速、高性能地获得光谱信（xìn）息和（hé）空间信息，集成度高，成本低。但是缺点是光谱灵敏度较低（dī），一般大于10nm，多（duō）用于无人机（jī）等大范围扫（sǎo）描的光谱应用领域（yù）。
利用大数据分（fèn）析（xī）农作物长势、病（bìng）虫害和（hé）农田墒情等信息可以让农业生产更加精准高效。获取这些大数据，就要先给（gěi）土地做“CT”。为（wéi）土地做 “CT”的关键技术设（shè）备在陕西省（shěng）取得了重大突（tū）破（pò）。中煤（méi）航测遥感局采（cǎi）用小（xiǎo）型（xíng）固定翼无人机搭载高光谱（pǔ）成像仪成（chéng）功实施了多次数据（jù）获取，成为国内首（shǒu）家成功实施该（gāi）项技（jì）术集（jí）成的技术团队。
长期以（yǐ）来，国内（nèi）高光谱（pǔ）数（shù）据获取（qǔ）只能依赖大（dà）飞机，导致（zhì）数（shù）据（jù）成本大大（dà）增（zēng）加，一般（bān）性科（kē）研（yán）和社会（huì）项目无法采（cǎi）用。另外，在多旋翼无 人机上搭载的高光谱（pǔ）相机由（yóu）于航时过短，难（nán）以获取大区域的高光谱数据。这些因素，制约了我国千（qiān）米左右低空遥感信息产业的发展。煤航在国内率先开展此项研究， 攻克（kè）了无人（rén）机搭载（zǎi）高（gāo）光谱成像仪的成像控制与操控系统（tǒng）信号对接、数据预（yù）处理等一系列技术（shù）难题。该技术具有高光谱分辨率、高空间分辨率（lǜ）、高时间分辨率和低成本 获取（qǔ）的显著（zhe）优势，能够克（kè）服（fú）传统航天技术手段代价高、时（shí）效（xiào）性不（bú）强等（děng）瓶颈，可开展大（dà）范（fàn）围，高频次（cì）的（de）遥感数据获取，并大大（dà）降（jiàng）低费用。
目前，该无人机（jī）可（kě）开展低空航摄、多光谱（pǔ）、热红外及（jí）高光谱遥感飞（fēi）行，可广泛应用于国土（tǔ）、规划、环保、水利（lì）等（děng）行业和领域。
在实验中，研究团队集（jí）成采（cǎi）用无人机搭载微型（xíng）高光谱成像（xiàng）仪（yí），先（xiān）后（hòu）两次成功（gōng）获取了杨凌揉谷试（shì）验区近3平方公里的高光谱数据。据煤航（háng）专家介绍，这套高光谱成像（xiàng） 仪包（bāo）括了128个有效波段，波长区间为400-100纳米，每秒（miǎo）钟可获（huò）取50×50像素的照片5张。同时，配备了一套（tào）1000×1000像素的全色成像 仪（yí），用于同步记录全色图像（xiàng）。根据这些数据，可以（yǐ）很好地（dì）分析出植物（wù）的生长状（zhuàng）况、土壤内有（yǒu）机物含量等信息。经（jīng）过分析和处理，这些数据（jù）质量达到了预期（qī）标准，是国（guó）内（nèi）首次在小型固定翼无人机（jī）上成功获取的高光谱试验数据（jù）。
该项（xiàng）技术是国家科技支（zhī）撑计划项目“旱区多遥感平台农田信息精准（zhǔn）获（huò）取技术集（jí）成与应用”课题中“航空和低空平台传感器和信息（xī）获（huò）取（qǔ）”的核心成果（guǒ）。目（mù）前，煤（méi）航已经拥有电（diàn）动和油动两种机型共四架无人机，可搭载四种传感（gǎn）器。
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