高光谱成像技术起源于地质矿物识别填图研究（jiū），逐渐扩（kuò）展为植被生态、海（hǎi）洋海岸（àn）水（shuǐ）色（sè）、冰雪、土壤以及大气的研究中。对空间探测、军事安全、国土资源、科学研究等领（lǐng）域都具有非常重要的（de）意义。
所谓高光（guāng）谱（pǔ）图像就是在（zài）光（guāng）谱维度上进行了细致（zhì）的（de）分（fèn）割，不仅仅是传（chuán）统所谓的（de）黑、白或（huò）者R、G、B的区别，而是（shì）在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道（dào）。因此，通过高光谱设备获（huò）取到（dào）的是（shì）一个（gè）数据立方（fāng），不仅有图像的信息，并且在（zài）光谱维度上进（jìn）行展开，结（jié）果不仅可以（yǐ）获得图像上每个点（diǎn）的光（guāng）谱数据，还可以获（huò）得任一个谱（pǔ）段的影（yǐng）像信息。
目（mù）前（qián）高光谱成（chéng）像（xiàng）技（jì）术（shù）发展迅速，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：
在（zài）经典物理学（xué）中（zhōng），光波穿过狭缝、小孔（kǒng）或（huò）者圆盘（pán）之类的障碍物时（shí），不同波长的光会发生不同程度的弯散（sàn）传播（bō），再通过光（guāng）栅进行衍射分光，形成一（yī）条条谱（pǔ）带（dài）。也（yě）就（jiù）是（shì）说：空间（jiān）中的一维（wéi）信（xìn）息通过镜（jìng）头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图（tú）像上的每个点（diǎn），再通过光栅进行衍射分（fèn）光，形成一（yī）个谱带，照射到探测（cè）器上，探测器上（shàng）的每个像素位（wèi）置和强度（dù）表征（zhēng）光谱和强度。一个（gè）点（diǎn）对应（yīng）一（yī）个谱段，一条线就对应一个（gè）谱面，因此探测器（qì）每次（cì）成像是空间（jiān）一条线（xiàn）上的光谱信息，为了获得（dé）空间二维图（tú）像再通过机械推扫，完（wán）成（chéng）整个平面的图像和（hé）光（guāng）谱数据采集。
经过（guò）狭缝的（de）光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（yīn）此（cǐ）需要选择（zé）高灵敏相机（jī），同时需（xū）要加光源。例如系统如下：
声光可调谐（xié）滤波分光(AOTF)原理（lǐ）：
AOTF由声光介（jiè）质、换能器和声（shēng）终端三（sān）部分组成。射频驱动信号（hào）通过（guò）换能器在声光介质内激励出超声（shēng）波。改变射频（pín）驱动信号的频率，可以改变AOTF衍射光的波（bō）长，从而实现电（diàn）调谐波长的（de）扫描。
最常用的AOTF晶体材（cái）料为TeO2即非共（gòng）线晶体，也就是说光波（bō）通过晶（jīng）体之后以不同（tóng）的（de）出（chū）射角（jiǎo）传播（bō）。如上（shàng）图所示：在晶（jīng）体前端有（yǒu）一个换能器（qì），作用于不同的驱（qū）动（dòng）频率，产生不同（tóng）频率的振动即声波。不同的驱动（dòng）频率对应（yīng）于不同（tóng）振动的（de）声波（bō），声波通过晶体TeO2之后，使晶体中晶格产生（shēng）了（le）布拉格（gé）衍（yǎn）射，晶格更像一种（zhǒng）滤波（bō）器，使晶体只能通（tōng）过一种波长（zhǎng）的光。光（guāng）进入晶体之（zhī）后发生衍射，产生衍（yǎn）射（shè）光和零（líng）级光。
l AOTF系统组成：
AOTF系统组成：成像物镜+准直镜（jìng）+偏振（zhèn）片+晶体+偏振片（piàn）+物镜+detector，入射光经过物镜会聚之后进入准平行镜(把（bǎ）所有的入射光变成（chéng）平行光)，准平（píng）行（háng）光进入偏振片通过同（tóng）一方（fāng）向的（de）传播的光，平行光进入晶（jīng）体之（zhī）后，平行于光轴的（de）光按照原（yuán）来方向前（qián）行，非平行光进行衍射（shè），分（fèn）成（chéng）两（liǎng）束相互垂直o光和e光(入射光的波长不同经（jīng）过晶体之后的o光与e光的角度也不同，因此在改（gǎi）变波长的（de）过（guò）程中，图像会出现漂移（yí）);o光和（hé）e光（guāng）及（jí）0级光分（fèn）别会（huì）聚在不同（tóng）的（de）面上。
为（wéi）了（le）保证入射光经过准平行镜之后（hòu）能够完（wán）全变化成平行（háng）光，因此对前端的物镜视场角（jiǎo）有一（yī）定的（de）要求，根据晶体的（de）xxx角（jiǎo），可算出物镜最大的视场（chǎng）角，小（xiǎo）于最大视场角的情况，成像ok，如果大于（yú）视场角，则会造（zào）成重影(衍射光与0级光都进入了sensor);
实（shí）现方（fāng）法：
不同波长（zhǎng）的（de）光经过晶体（tǐ）之后（hòu）衍射光与0级（jí）光（guāng）的（de）夹（jiá）角也不（bú）同，因此（cǐ）为了能（néng）够保证更好的成像效果，在晶体的出光口加（jiā）入遮挡片，即（jí）遮（zhē）挡0级光，避免与衍射光一起进入sensor，造成重影。
对聚光（guāng）准直系统（tǒng）的优（yōu）化有两个方面（miàn）：1提高光源的聚（jù）光（guāng）效果，2减小（xiǎo）聚光准直（zhí）系（xì）统（tǒng）的外形（xíng）尺（chǐ）寸。
棱（léng）镜（jìng）分光：
入（rù）射光通过棱镜后被（bèi）分成不（bú）同的方向，然（rán）后照射到不同方向的探测（cè）器上（shàng）进行成像（xiàng）。棱镜分光后，在棱镜的出射面镀了不同波段（duàn）的（de）滤光膜，使（shǐ）得不同方（fāng）向的探测器可（kě）以采集到不同光谱信息，实现（xiàn）同（tóng）时采集空间及（jí）光谱信息。
芯片镀膜
近年来，IMEC(欧洲微电子研究中心)采用高（gāo）灵敏CCD芯（xīn）片及SCMOS芯片（piàn）研（yán）制（zhì）了一种新的（de）高光（guāng）谱（pǔ）成像技术，在探测（cè）器的像元上分（fèn）别镀不（bú）同波段的滤波（bō）膜实现高光（guāng）谱成像，此技术（shù）大大降（jiàng）低的高光谱成像的成本。
目前IMEC提供三种标准的光谱探测器：100波带的线扫描探测器，32波带的瓷砖式（shì）镀膜探测器，16波带以4x4为一个波段的马赛克式（shì）镀膜探测器
这种光谱技术的优点是可以同时获得光谱分辨率和（hé）空间分辨（biàn）率，可以进行快速、高性能地（dì）获（huò）得（dé）光谱信息和空间信（xìn）息（xī），集成度高，成本低。但（dàn）是缺（quē）点是光谱灵敏度（dù）较低，一般大于（yú）10nm，多用于无人机等大（dà）范围扫描（miáo）的光谱应用领域。
利用大数据分（fèn）析农作物长势、病虫（chóng）害和农田墒情等信息可以（yǐ）让农业（yè）生产更加精准高效。获取这些（xiē）大数据，就要先给土地做“CT”。为土地（dì）做 “CT”的关键技术设备（bèi）在（zài）陕西省（shěng）取得了重大突破。中煤（méi）航测遥感局采（cǎi）用小型固定翼无人机搭载高（gāo）光谱成像仪成（chéng）功（gōng）实施（shī）了多次数据（jù）获取，成为（wéi）国内（nèi）首家成功（gōng）实施该项技术集成的技术团队。
长（zhǎng）期以来，国内（nèi）高（gāo）光（guāng）谱数据获取只能依赖大飞机，导致数据成（chéng）本大（dà）大增加（jiā），一般性科研和（hé）社会项目无法采用。另外，在多旋翼无 人机上搭载的高光谱（pǔ）相机由于航时过（guò）短，难（nán）以获取大区域的（de）高（gāo）光谱数据。这些因素，制（zhì）约了我国（guó）千米左右低（dī）空遥（yáo）感信（xìn）息产（chǎn）业的发展。煤航在国内率先（xiān）开展（zhǎn）此项研（yán）究， 攻克（kè）了无（wú）人机搭载（zǎi）高光谱成像仪的成像（xiàng）控制与（yǔ）操控系统信（xìn）号对接（jiē）、数据预处理等（děng）一系（xì）列技（jì）术难题。该技术具（jù）有高光谱分辨率、高空间（jiān）分（fèn）辨率、高时间分辨率和低成本 获取的显著优势，能够克服传统（tǒng）航（háng）天技术手段代价高、时（shí）效性不强等瓶颈（jǐng），可开展（zhǎn）大（dà）范围，高频次的遥感数据获（huò）取，并大（dà）大降低费（fèi）用。
目前，该（gāi）无人机可开展低空航（háng）摄、多（duō）光谱、热红外及（jí）高（gāo）光谱遥（yáo）感飞行，可广泛应（yīng）用于国土（tǔ）、规划、环保（bǎo）、水（shuǐ）利等行业（yè）和领域。
在实验中（zhōng），研究团队集成采用无（wú）人机搭载微型高（gāo）光（guāng）谱成像（xiàng）仪，先后两（liǎng）次（cì）成功获取（qǔ）了杨凌揉谷试验区近3平方公里的高光谱数据。据煤（méi）航专家介绍，这套高光（guāng）谱成像 仪包括了128个有效波段（duàn），波长（zhǎng）区间为400-100纳米，每秒钟（zhōng）可获取50×50像素的（de）照（zhào）片5张。同时，配（pèi）备了一套1000×1000像素（sù）的（de）全（quán）色成像 仪，用于同步记录全色图像。根据这些数据，可以（yǐ）很好地分析（xī）出植（zhí）物（wù）的生（shēng）长状况、土壤内有（yǒu）机物含（hán）量等（děng）信息。经过分析和处理，这些数据质量达到（dào）了（le）预（yù）期标（biāo）准，是国内首次在小型（xíng）固（gù）定（dìng）翼无人机（jī）上成功获取的高光谱试验数据（jù）。
该项技术是（shì）国家科技支撑计划（huá）项（xiàng）目（mù）“旱区多遥感平台（tái）农田（tián）信息精准获（huò）取技术集成与应用”课题（tí）中“航空和低（dī）空（kōng）平台传感（gǎn）器和（hé）信息获取（qǔ）”的核心成果。目前（qián），煤航已经拥（yōng）有电动和油动两种机型（xíng）共四架无人（rén）机（jī），可搭载四种传感器。
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