高光谱成像技术（shù）起源于地（dì）质矿物（wù）识别（bié）填图研究，逐渐扩展（zhǎn）为植（zhí）被生态、海洋海岸水色、冰雪、土（tǔ）壤以及大气的研究中。对空（kōng）间（jiān）探测、军事安全、国土资源、科学研究等（děng）领（lǐng）域都具（jù）有非（fēi）常重要的（de）意义。
所谓高光谱图像就（jiù）是（shì）在光谱维度上进行了（le）细（xì）致的分（fèn）割，不（bú）仅（jǐn）仅（jǐn）是（shì）传统（tǒng）所谓（wèi）的黑、白或者R、G、B的区别，而是（shì）在光谱维度上也（yě）有N个通（tōng）道，例如：我们可（kě）以把400nm-1000nm分为300个（gè）通道。因此（cǐ），通过（guò）高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的（de）信息（xī），并且在光谱维度上进行展开，结果不仅（jǐn）可（kě）以获得图像上（shàng）每个点的光（guāng）谱数（shù）据，还可以（yǐ）获（huò）得任（rèn）一个谱段的影像信息。
目（mù）前（qián）高光谱成像技术发（fā）展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分（fèn）光、棱镜分光、芯（xīn）片镀膜等。
光栅分光原理：
在经典物理学（xué）中（zhōng），光波穿（chuān）过狭（xiá）缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同（tóng）程度的弯散（sàn）传播，再通过光栅进行衍（yǎn）射分光，形成一条条谱带（dài）。也（yě）就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭缝（féng）后（hòu），不同波（bō）长（zhǎng）的光（guāng）按照不同程度的弯散传（chuán）播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个（gè）谱带（dài），照射（shè）到探测（cè）器上，探测（cè）器上的每（měi）个像素（sù）位置和强度表（biǎo）征光谱和强度。一个点对应一个（gè）谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成（chéng）像是空间一（yī）条线上的（de）光谱信息，为（wéi）了获得（dé）空间二维图像再通过机（jī）械（xiè）推扫，完成整个平面的图像（xiàng）和光谱数据采集。
经（jīng）过狭缝的光由于不同波长照射到不（bú）同的探测器像（xiàng）元上，光能（néng）量很低，因此需要选（xuǎn）择（zé）高灵敏（mǐn）相机，同时需要加光源。例如系（xì）统如下：
声光可（kě）调谐滤波分光(AOTF)原理（lǐ）：
AOTF由声光介质（zhì）、换能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通（tōng）过换（huàn）能器（qì）在（zài）声（shēng）光介（jiè）质内激励出超声波。改（gǎi）变射（shè）频驱动信号的频率，可以（yǐ）改变AOTF衍射光的波长，从（cóng）而实（shí）现电调谐波长的（de）扫描。
最常用的AOTF晶体材料为TeO2即非共线（xiàn）晶体，也就是（shì）说光波通过晶（jīng）体之后以不同的出（chū）射角传播。如上图所示：在晶体前端有一（yī）个（gè）换能（néng）器，作用于不同的驱动（dòng）频率，产生不同（tóng）频率（lǜ）的振动即声波。不（bú）同的驱动频（pín）率对应于不同振动的声波，声（shēng）波（bō）通过晶（jīng）体TeO2之后，使晶（jīng）体中晶格产生（shēng）了布（bù）拉格衍射，晶格更像一种（zhǒng）滤波器，使晶体只能（néng）通过一种波长（zhǎng）的光。光进入（rù）晶体之后发生衍射，产生衍（yǎn）射光和零级（jí）光。
l AOTF系统组成：
AOTF系统（tǒng）组（zǔ）成：成像物镜+准直镜（jìng）+偏振片+晶体+偏振片+物镜+detector，入射光经过（guò）物镜会（huì）聚之后（hòu）进入准（zhǔn）平（píng）行镜(把（bǎ）所有的入射光变成（chéng）平行光)，准平行光进入偏振（zhèn）片通过同（tóng）一（yī）方向的传（chuán）播的光，平行光进入（rù）晶体之后，平行于光轴的光按照原来方向前行，非平行光进行衍射，分成两束相互垂直o光和e光（guāng）(入射光的波长不同经过晶（jīng）体之后（hòu）的（de）o光与（yǔ）e光的（de）角度也（yě）不同，因此在改变波长的过程中，图（tú）像（xiàng）会（huì）出现（xiàn）漂移（yí）);o光和e光及0级光分别会聚在不同的面上。
为了保证入射光（guāng）经过准平（píng）行镜之后能（néng）够完全变（biàn）化成（chéng）平行光（guāng），因（yīn）此对前端（duān）的物镜视场（chǎng）角有一（yī）定的（de）要求，根据晶（jīng）体的（de）xxx角，可算出物镜最大的（de）视（shì）场角，小于最大视（shì）场角的情况，成像（xiàng）ok，如果大于视场角，则会造成重影(衍射光（guāng）与0级光（guāng）都进入了sensor);
实现方法（fǎ）：
不同波（bō）长的光经过晶（jīng）体之后衍射光（guāng）与0级光的夹（jiá）角也不同（tóng），因此（cǐ）为（wéi）了（le）能（néng）够保证更好的成像效果，在晶（jīng）体（tǐ）的出光口加入遮挡片，即（jí）遮挡（dǎng）0级光（guāng），避免与衍射光一起进入sensor，造成重影。
对聚光准（zhǔn）直系统（tǒng）的优化有（yǒu）两个方（fāng）面：1提高光源（yuán）的聚光（guāng）效（xiào）果，2减小聚光准（zhǔn）直系统的外形尺寸（cùn）。
棱（léng）镜（jìng）分光（guāng）：
入射（shè）光通过棱镜后被分成（chéng）不同的方向，然（rán）后照（zhào）射到不（bú）同方向的（de）探（tàn）测器（qì）上进行成像。棱镜分（fèn）光后，在棱镜的出射面镀了不同波段的滤光膜，使得不同方向的探测器可以采集到不同（tóng）光谱信（xìn）息，实现同（tóng）时采集空间及光谱（pǔ）信息。
芯片镀膜（mó）
近年（nián）来，IMEC(欧洲微电子研究中心)采（cǎi）用高灵敏（mǐn）CCD芯片（piàn）及（jí）SCMOS芯（xīn）片研制了一种新的高光谱成像（xiàng）技术，在探测（cè）器（qì）的像（xiàng）元上（shàng）分（fèn）别镀不同波段（duàn）的滤（lǜ）波（bō）膜实现高光谱成像，此技（jì）术（shù）大大降（jiàng）低的高光谱（pǔ）成像的成本（běn）。
目前IMEC提供三种标准的光谱探（tàn）测器：100波带（dài）的（de）线（xiàn）扫描（miáo）探测器，32波带的瓷（cí）砖式镀膜探测（cè）器，16波带以4x4为（wéi）一个波段的马赛克式镀膜探测器（qì）
这种光谱（pǔ）技术的（de）优点是（shì）可（kě）以（yǐ）同时获得光谱分辨率和空间分辨率，可以进行快速（sù）、高性能地获得光谱信息和空（kōng）间信息（xī），集成度（dù）高，成本低。但是缺点是（shì）光谱灵敏度较低，一般大（dà）于10nm，多（duō）用于无人机等大（dà）范围扫（sǎo）描的光谱（pǔ）应用领域。
利用大数（shù）据分析农作物长（zhǎng）势、病虫害和农田墒情等信息可以让农业生（shēng）产更加精准（zhǔn）高效。获取这些大（dà）数据，就要先给土地（dì）做“CT”。为土（tǔ）地做 “CT”的关键技术设备在陕西省取（qǔ）得（dé）了重大突破。中（zhōng）煤航测遥（yáo）感局（jú）采用小型固定翼无人机搭载高光（guāng）谱成（chéng）像仪成功（gōng）实施了多次（cì）数据获取，成为国内首家成功实施该（gāi）项技（jì）术集成的技术团队。
长期以来，国内高光谱数（shù）据获（huò）取只能依赖大飞机，导致（zhì）数据成本大大增加，一般性科研和（hé）社会项目无法采用。另外，在多（duō）旋翼无 人机（jī）上（shàng）搭（dā）载（zǎi）的高光谱相机由于航时过短，难以获取大区域的高光谱数据（jù）。这（zhè）些因素，制约了我国千（qiān）米左右低空遥感（gǎn）信息产业的发（fā）展。煤航在（zài）国内率先开展此项研究（jiū）， 攻克了无人机搭载高光谱成（chéng）像仪（yí）的成像控制与（yǔ）操控系统信号对接、数据预处理等一系列技术难题（tí）。该技术具有高光谱分辨率、高（gāo）空间（jiān）分辨率（lǜ）、高时（shí）间分辨率和低成本 获取（qǔ）的显著优势，能（néng）够克服传统航天技术手段（duàn）代价高、时效性不强等（děng）瓶颈，可开展大范围（wéi），高（gāo）频次的遥感数据获取，并大大（dà）降低费用（yòng）。
目前，该无（wú）人机可开展低空航（háng）摄（shè）、多光谱、热红（hóng）外及（jí）高光谱遥感飞行，可（kě）广泛（fàn）应用（yòng）于国（guó）土、规划（huá）、环（huán）保、水利等行业和领（lǐng）域（yù）。
在实验（yàn）中，研究团队集成采用无（wú）人机搭载微型（xíng）高光谱成像仪（yí），先后两次（cì）成功获取了杨凌（líng）揉谷试验区近（jìn）3平方公里的（de）高光谱数据。据煤航专（zhuān）家介绍，这套高（gāo）光（guāng）谱（pǔ）成像 仪包括了128个（gè）有（yǒu）效波段，波长区间为400-100纳米，每秒钟可（kě）获取50×50像素的照片5张。同时，配备了一套（tào）1000×1000像（xiàng）素的全色成（chéng）像 仪（yí），用于同步记录（lù）全色图像（xiàng）。根据这些数据，可以很好地（dì）分（fèn）析出植（zhí）物的（de）生长状况、土壤内有机物含（hán）量等信（xìn）息。经过分析和处理，这些（xiē）数据（jù）质量达到了（le）预期标准，是（shì）国内（nèi）首次在（zài）小型固定翼无人机上成功（gōng）获取的高光谱试验数（shù）据。
该项技术是国（guó）家科技支撑计划项目（mù）“旱区多遥（yáo）感平台（tái）农田信息精（jīng）准获（huò）取技术集成与（yǔ）应（yīng）用”课题中“航空（kōng）和（hé）低空平台传（chuán）感器和信息获取”的（de）核心成果。目前，煤航已经拥有电动和油动（dòng）两种机（jī）型共四架无（wú）人机，可（kě）搭载四种传感器。
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