高光谱成（chéng）像技术起源于地质矿物识别填图研（yán）究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土（tǔ）壤以及大（dà）气的研究（jiū）中。对空间探测（cè）、军事（shì）安全（quán）、国土资源、科学（xué）研究等领域都具（jù）有非（fēi）常重要（yào）的意义。
所谓高光谱图像（xiàng）就是在光谱维度上进行（háng）了细致（zhì）的分（fèn）割，不（bú）仅（jǐn）仅（jǐn）是传统所谓（wèi）的黑、白或（huò）者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通（tōng）道，例如：我（wǒ）们（men）可以把400nm-1000nm分为300个通（tōng）道。因此，通过高（gāo）光谱设备（bèi）获（huò）取到（dào）的是一（yī）个（gè）数据（jù）立方，不仅有（yǒu）图像的信息，并且在光谱维度（dù）上进行（háng）展开（kāi），结果（guǒ）不（bú）仅可以获得图（tú）像上每（měi）个点的光谱数据，还可以（yǐ）获得任一（yī）个谱段的影像信息。
目（mù）前高光谱成（chéng）像技术发展迅（xùn）速，常见的（de）包（bāo）括（kuò）光栅（shān）分光、声（shēng）光可（kě）调谐滤波（bō）分光、棱镜分光、芯片镀膜（mó）等。
光（guāng）栅分光原理：
在（zài）经典物（wù）理学中，光波穿（chuān）过狭缝、小孔或者圆盘（pán）之（zhī）类的（de）障碍物时，不（bú）同（tóng）波长的光会发生不同（tóng）程度（dù）的弯散传播（bō），再通（tōng）过（guò）光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。也就是说：空（kōng）间中的（de）一维信息通过镜头和狭（xiá）缝（féng）后，不同波长的光按照不同（tóng）程（chéng）度的弯散传播，这一维图像上的每个（gè）点（diǎn），再通（tōng）过（guò）光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测（cè）器上的每个像（xiàng）素位置和强度表征光谱（pǔ）和强度。一个点对应一个（gè）谱段，一（yī）条线（xiàn）就对应一个（gè）谱（pǔ）面，因此探测器每次成（chéng）像是空间一（yī）条线（xiàn）上（shàng）的光谱信息，为了获得空间（jiān）二（èr）维图像再通过机（jī）械推扫，完成整个平面（miàn）的（de）图像和光谱数（shù）据采集。
经过狭缝的光由于（yú）不同（tóng）波长照射（shè）到不同的探（tàn）测（cè）器像元上，光能量很低（dī），因此需要选择高灵敏相机，同时需（xū）要加（jiā）光源。例如系（xì）统如（rú）下：
声（shēng）光可调（diào）谐滤波（bō）分光(AOTF)原（yuán）理：
AOTF由声光介质、换（huàn）能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通过换能（néng）器在声光介质内激励出（chū）超（chāo）声波。改变射频驱动信号的频率，可以改变AOTF衍射光的（de）波长，从而实现电调谐波（bō）长的扫描（miáo）。
最常用的AOTF晶（jīng）体材（cái）料为TeO2即非共线晶体，也就（jiù）是说光（guāng）波通过晶体之后以不同的出射角（jiǎo）传播。如上图所示：在晶体前端有一个换能器（qì），作用于（yú）不同的（de）驱动频率，产生不同频率的振动（dòng）即（jí）声波。不同的（de）驱（qū）动频率对应于不同振（zhèn）动的声波，声波通（tōng）过晶体TeO2之（zhī）后，使晶体中晶格产生了（le）布（bù）拉格衍射，晶格（gé）更像一种（zhǒng）滤（lǜ）波器，使晶体只能通过一种波长的（de）光（guāng）。光进入晶体之（zhī）后发生衍射，产生（shēng）衍射光和（hé）零级光（guāng）。
l AOTF系统组成：
AOTF系（xì）统组成：成像物镜+准直镜+偏振片+晶（jīng）体+偏振（zhèn）片（piàn）+物镜+detector，入射光经（jīng）过物（wù）镜会聚之（zhī）后进入准平行镜(把所有的入射光变成（chéng）平行（háng）光)，准平行光进入偏振（zhèn）片通过同一（yī）方向的传（chuán）播的（de）光，平行光进入晶体之后，平行（háng）于光轴的（de）光按照原来方向前行，非平行光进行衍射，分（fèn）成两束相互垂（chuí）直o光（guāng）和e光(入射光的波长不同经过（guò）晶体之后的o光与（yǔ）e光的角度也不同，因此（cǐ）在改变（biàn）波（bō）长（zhǎng）的过程中（zhōng），图像会（huì）出现漂移);o光和e光及0级光分（fèn）别会聚在（zài）不同的（de）面（miàn）上。
为（wéi）了（le）保（bǎo）证入射光经过（guò）准平行（háng）镜之（zhī）后能够完全变化（huà）成（chéng）平行光，因此（cǐ）对前端的物镜视场角（jiǎo）有（yǒu）一定的要求，根（gēn）据晶体的（de）xxx角，可算出物（wù）镜最大的视场角，小于（yú）最大视场角的情况，成（chéng）像（xiàng）ok，如果大于视场角，则会（huì）造（zào）成（chéng）重影（yǐng）(衍射光与0级光都进入（rù）了sensor);
实现方（fāng）法：
不同波长的光经过晶（jīng）体之后衍射光与0级（jí）光（guāng）的夹角也不同，因此为了能够保证（zhèng）更好的成（chéng）像效果（guǒ），在晶（jīng）体的（de）出光口加入遮挡片，即遮挡0级光，避免与衍射（shè）光一（yī）起（qǐ）进（jìn）入sensor，造成重影。
对聚光准直系（xì）统的优化（huà）有两（liǎng）个方面（miàn）：1提高光源的聚光（guāng）效果，2减小聚光（guāng）准直系（xì）统的外形尺寸。
棱（léng）镜分光：
入射光（guāng）通（tōng）过棱（léng）镜（jìng）后被分（fèn）成不同（tóng）的方向（xiàng），然后照射到不同方向的探测（cè）器上进行成（chéng）像。棱镜（jìng）分光（guāng）后，在棱镜的出（chū）射面镀了不同（tóng）波段的滤光膜，使得不同方向的探测器可以采集到（dào）不同光谱信息，实现同时（shí）采集空间（jiān）及光谱信息。
芯片镀膜
近（jìn）年来（lái），IMEC(欧洲微电（diàn）子研究中心)采（cǎi）用高灵敏CCD芯片及（jí）SCMOS芯片研制了一种新的高光谱成像技术，在探测器的像元（yuán）上分别镀不同波段的滤波膜实现高光谱（pǔ）成像，此技术大大（dà）降低的（de）高光谱成（chéng）像的（de）成本。
目前IMEC提供三种标准的（de）光（guāng）谱探测器（qì）：100波带的（de）线扫（sǎo）描探测器（qì），32波带（dài）的瓷砖式镀膜（mó）探测（cè）器，16波（bō）带（dài）以4x4为一个波段（duàn）的马赛克式镀膜（mó）探测器（qì）
这种（zhǒng）光谱技（jì）术的优（yōu）点是（shì）可以同时获得（dé）光（guāng）谱分（fèn）辨率和空（kōng）间分辨率，可以（yǐ）进行快速、高性能地（dì）获得光（guāng）谱（pǔ）信息和（hé）空间信（xìn）息，集成度（dù）高（gāo），成（chéng）本低（dī）。但是缺点是（shì）光谱灵敏度较低，一般大于10nm，多用于无人机等大范围扫描（miáo）的光谱应用领域。
利用大数据分析农作物长势、病（bìng）虫害和农田墒情等信（xìn）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（zuò）“CT”。为土地做 “CT”的关键技术（shù）设备在陕西省取（qǔ）得了（le）重大（dà）突破。中煤航（háng）测遥（yáo）感局采用小型固定翼无人机搭载高光谱（pǔ）成像仪（yí）成功实施了多次数（shù）据（jù）获取（qǔ），成为国内首家成功实（shí）施该项（xiàng）技（jì）术集成的技术团（tuán）队。
长期（qī）以来，国内高光谱数据获（huò）取只能依赖大飞（fēi）机，导致数据（jù）成本大大增加（jiā），一般性（xìng）科研和社会项（xiàng）目无法采用。另外，在多旋（xuán）翼无 人机上搭载的高光谱相机由于（yú）航时过短（duǎn），难以获取大区域的高光谱数据。这些因素，制约了（le）我（wǒ）国千米（mǐ）左右（yòu）低空遥感信息产业（yè）的发展。煤航（háng）在国（guó）内率先开（kāi）展（zhǎn）此项研究， 攻克了无人（rén）机搭载（zǎi）高光（guāng）谱成像（xiàng）仪的成像（xiàng）控（kòng）制与操控系统信号对（duì）接、数（shù）据预处理等一（yī）系列技（jì）术难（nán）题（tí）。该技术具有高光谱分辨率、高空间分（fèn）辨率、高时间分（fèn）辨率和（hé）低成本 获取的（de）显著优势，能够克服（fú）传统航天技术手（shǒu）段代价高、时效性不强等瓶颈（jǐng），可开展大范围，高（gāo）频次的遥感数据获取，并大大降低（dī）费用。
目前，该无人机可（kě）开展低空航（háng）摄、多光谱、热（rè）红外（wài）及高光谱（pǔ）遥感飞行（háng），可广泛应（yīng）用（yòng）于国土、规划、环保、水利等行业和领域。
在（zài）实验中，研究团队集成采用无人机（jī）搭载微型高光谱成像仪，先后两次成功获取了杨凌揉谷试验区近3平方公里（lǐ）的高光谱数据。据煤航专家（jiā）介绍（shào），这套高光谱成像 仪包括了128个有（yǒu）效波段，波长区间为400-100纳米，每秒钟可获取50×50像素的（de）照片5张。同时，配备了一（yī）套1000×1000像素的全（quán）色成像（xiàng） 仪，用于同步记（jì）录全色图像（xiàng）。根据这些数据（jù），可以很好地分析出植物（wù）的生长状况、土壤内（nèi）有机物含量等信息。经过分析和（hé）处理，这（zhè）些（xiē）数据质（zhì）量达到了预期标准，是国内首次（cì）在小型固（gù）定翼无人（rén）机上成功获取的高光谱试验（yàn）数据。
该项技（jì）术（shù）是国家科技支（zhī）撑计划项目“旱区多遥感平台农田信息（xī）精准获取技术集（jí）成与应用”课题（tí）中“航空（kōng）和低空平台传感（gǎn）器（qì）和信息获取”的核心（xīn）成果。目前（qián），煤航已经（jīng）拥有（yǒu）电动和油动两种机型共（gòng）四架（jià）无人机（jī），可（kě）搭载四种传感器。
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