高光谱成像技（jì）术起源于地质矿物识别（bié）填（tián）图（tú）研究，逐渐扩（kuò）展为（wéi）植被生（shēng）态、海洋海岸水色、冰雪、土壤（rǎng）以及大（dà）气的研究中。对（duì）空间探（tàn）测、军事安全、国土资源、科学（xué）研究等领域都具有非（fēi）常重（chóng）要的意义。
所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细（xì）致的分（fèn）割，不仅（jǐn）仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是（shì）在光谱（pǔ）维度上（shàng）也有N个通道，例如：我（wǒ）们可以把400nm-1000nm分（fèn）为300个通道。因此，通过高光（guāng）谱设备（bèi）获取到的（de）是（shì）一（yī）个数据立（lì）方，不仅有图（tú）像的信息，并且在光谱维度上进行（háng）展开，结果不仅（jǐn）可以（yǐ）获（huò）得图像上每个点（diǎn）的光（guāng）谱数据，还（hái）可以获得任一个谱段的影像信息。
目前高光谱成像技术发展迅速（sù），常见的（de）包括光栅分光、声光可调（diào）谐滤波分光、棱镜分光（guāng）、芯片镀膜等。
光栅分光原理：
在（zài）经典物理（lǐ）学中，光波穿过（guò）狭缝（féng）、小孔或者圆盘之类的（de）障碍物时，不同波长（zhǎng）的光会发生不同程度的弯散传（chuán）播，再（zài）通过光栅进（jìn）行衍射分（fèn）光，形成一条条谱带。也就是（shì）说：空间中的一维信息通过镜头和（hé）狭缝后，不（bú）同（tóng）波长（zhǎng）的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像（xiàng）上（shàng）的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测（cè）器上（shàng），探测（cè）器（qì）上（shàng）的每个像素位置和强度表（biǎo）征光（guāng）谱和强度。一个点对应一个谱段，一条（tiáo）线就对应一个谱面，因此探（tàn）测器每次成像是空间一条线上的光（guāng）谱信息（xī），为了获得空间（jiān）二（èr）维（wéi）图（tú）像再通过机械（xiè）推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集（jí）。
经过狭（xiá）缝（féng）的光由（yóu）于不同波长照（zhào）射到不同（tóng）的（de）探测器（qì）像元上，光能量很低（dī），因（yīn）此需要选择高灵敏相机，同时需要加光源。例如系统如下：
声光可调谐滤波分光(AOTF)原理：
AOTF由声光（guāng）介（jiè）质、换能（néng）器（qì）和声终端三部分组成。射频驱动信号通（tōng）过换能器在声光（guāng）介质内激励出超（chāo）声（shēng）波。改变射频驱（qū）动信号的频率，可以改变AOTF衍射光（guāng）的波（bō）长（zhǎng），从而实现电调谐波长的扫描（miáo）。
最常用的AOTF晶体材料为TeO2即非共（gòng）线晶体，也（yě）就（jiù）是说光波通过晶（jīng）体之后以不同的（de）出射角（jiǎo）传播。如上图所（suǒ）示：在晶体前（qián）端（duān）有一个换能器，作用于不（bú）同的驱动频率，产生不同频率的（de）振动即声波。不同的驱动频率对应于不同振动的声波，声波通过（guò）晶体TeO2之后（hòu），使（shǐ）晶体（tǐ）中晶格产（chǎn）生了布（bù）拉格衍射，晶格更像一种滤波（bō）器，使晶体只能（néng）通过（guò）一种波长的光（guāng）。光进入晶体之后发生衍射，产生衍射光和零（líng）级光。
l AOTF系统组成：
AOTF系（xì）统（tǒng）组成：成像物镜+准（zhǔn）直镜+偏（piān）振（zhèn）片+晶体+偏振（zhèn）片+物镜+detector，入（rù）射光经过物镜会（huì）聚之后（hòu）进入准平行镜(把所有的入（rù）射光（guāng）变成平行光)，准平（píng）行（háng）光进入偏（piān）振片通过同一方（fāng）向（xiàng）的传播的光，平行（háng）光进入晶体之后，平行于（yú）光（guāng）轴的光按照原来方向前行，非平（píng）行光（guāng）进行（háng）衍射（shè），分成（chéng）两束相（xiàng）互垂直o光（guāng）和e光(入射光的波长（zhǎng）不同（tóng）经过晶体之后（hòu）的（de）o光与e光（guāng）的角度也不（bú）同，因此在改变波长的过程中（zhōng），图（tú）像会（huì）出现漂移（yí）);o光和e光及0级（jí）光分别会（huì）聚在不同的面上（shàng）。
为（wéi）了保证（zhèng）入射光经过（guò）准平行镜之后能（néng）够完全变化成平行光，因此对前端的物镜视场角有一定的（de）要求，根据晶（jīng）体的xxx角，可算（suàn）出物镜最大的视场角，小于最大视场角的情况，成像ok，如（rú）果大于视场角（jiǎo），则会造成重影(衍射光与0级光都进入（rù）了sensor);
实现方法（fǎ）：
不同波长（zhǎng）的光（guāng）经过（guò）晶体之（zhī）后衍射光与0级光（guāng）的夹角也（yě）不同，因此为了能（néng）够保证更好的成像效果，在晶体的（de）出光口（kǒu）加入遮挡片，即遮（zhē）挡0级光，避免（miǎn）与（yǔ）衍射光一起进入（rù）sensor，造成重影。
对（duì）聚光准直（zhí）系统的（de）优化有两个方面：1提高光源（yuán）的（de）聚光效果，2减小聚光（guāng）准直系统的外形尺寸。
棱镜分光：
入射光通过棱镜后（hòu）被（bèi）分成不同的方向，然后照射到不同方向的探测（cè）器上进（jìn）行成像。棱镜分光后（hòu），在棱镜的出射面镀了（le）不同波段的滤（lǜ）光膜，使（shǐ）得不（bú）同方向的探（tàn）测器可以采（cǎi）集到（dào）不同光谱信息，实现同（tóng）时采集空间及光谱信息。
芯片镀膜
近年来，IMEC(欧洲微电子研究中心)采用高灵敏（mǐn）CCD芯片（piàn）及SCMOS芯片研制了（le）一种新（xīn）的高光谱（pǔ）成（chéng）像技（jì）术，在探测器（qì）的像元上分别镀不同波（bō）段的（de）滤波膜实现（xiàn）高光谱成像，此技术大大（dà）降（jiàng）低的高光谱成（chéng）像的成本（běn）。
目前IMEC提供三种标准的光谱探测器：100波（bō）带的线（xiàn）扫描探测器，32波带的瓷砖（zhuān）式镀膜探测（cè）器，16波带以4x4为（wéi）一个波（bō）段的（de）马赛克式镀（dù）膜（mó）探（tàn）测器
这种光（guāng）谱技术的优点是可以同时获得光谱（pǔ）分（fèn）辨率和空间分辨率，可以进行快（kuài）速、高性能地获得光谱信息和空间信息，集成度高，成（chéng）本低（dī）。但是缺点是（shì）光（guāng）谱灵敏度较（jiào）低，一般大于10nm，多用于无人机（jī）等大范围扫描（miáo）的光谱应用（yòng）领域。
利用大数据分（fèn）析农作物长势、病虫害和（hé）农田墒情等（děng）信息可以让农业生产更加精准（zhǔn）高效。获（huò）取这些大数据，就要先给土地做“CT”。为土（tǔ）地做 “CT”的关键技术设备在陕西省取得了重大突破。中煤航测遥感局采用小型固定翼无（wú）人机搭载高光谱成像仪成功实施了多次数据（jù）获取，成为国内首家成功实施该项（xiàng）技（jì）术集（jí）成（chéng）的技术团队。
长期以来，国内高光谱数据获取只能依赖大（dà）飞机，导致数据（jù）成本大（dà）大增（zēng）加，一般性科研和社会项目无法采用。另外，在多旋翼无（wú） 人机上搭载的高光谱相机由于（yú）航时过短，难以获取大区域的高光谱数据。这些因素（sù），制（zhì）约了我国千米（mǐ）左右低空（kōng）遥感信息产业的发展。煤航在国内（nèi）率先开（kāi）展此项研究（jiū）， 攻克了无（wú）人机搭载高光谱成像仪（yí）的成像控制与操控系统信号对接、数据预处理等一系列技术难（nán）题。该技术具有（yǒu）高光谱分辨率、高空间分辨（biàn）率、高时间分辨（biàn）率和（hé）低成本 获取的显著优势，能够克（kè）服传统（tǒng）航天技术手段代价（jià）高（gāo）、时效性不强（qiáng）等瓶颈，可（kě）开展大范（fàn）围，高频次的遥感数据获取，并大（dà）大降（jiàng）低费（fèi）用。
目前，该无人（rén）机可开展低空航摄、多光谱（pǔ）、热红外及高光谱遥感飞行，可广泛应用（yòng）于国土、规划、环保、水（shuǐ）利等行业和领域。
在实（shí）验（yàn）中，研究团（tuán）队集成采用无人机搭载微型高光谱成像（xiàng）仪，先后两次成功获取了杨凌揉谷试验区近3平方公（gōng）里的高光谱数据（jù）。据（jù）煤航专家介绍（shào），这套高（gāo）光谱成像 仪包括了128个（gè）有效波段（duàn），波（bō）长区间为（wéi）400-100纳（nà）米，每秒钟可获取50×50像（xiàng）素的照片（piàn）5张。同时，配（pèi）备了一套1000×1000像（xiàng）素的全色成像 仪（yí），用于同步记录全色图像。根据这些（xiē）数（shù）据，可以很（hěn）好地分析出植（zhí）物的生长状况、土壤内有机物含量等信息。经过（guò）分析和（hé）处理（lǐ），这些数据质量达到了预期标准，是（shì）国内首次在小型固定翼无人机上成功获取的高光谱（pǔ）试验（yàn）数据。
该项（xiàng）技术是国家科技支撑（chēng）计划项目“旱区（qū）多遥感平（píng）台农田信息精准获取（qǔ）技术（shù）集成与应用”课题（tí）中“航空和低（dī）空平台传感（gǎn）器（qì）和信息（xī）获取”的核心成果（guǒ）。目前，煤航已经拥（yōng）有电动和（hé）油动两种机型共四架无人（rén）机，可搭（dā）载四（sì）种传感器。
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