高光（guāng）谱成像（xiàng）技术（shù）起源于地质矿物识别（bié）填图（tú）研究（jiū），逐渐扩展（zhǎn）为植被生态、海洋（yáng）海岸水色、冰雪、土壤以及（jí）大气的研究中。对空间（jiān）探测、军事安全、国土资源、科学研究等领域都具有（yǒu）非（fēi）常重要的意义。
所谓高光（guāng）谱（pǔ）图像就是在光谱维度上（shàng）进行（háng）了细致（zhì）的分（fèn）割，不仅仅是传统所谓的黑、白（bái）或者R、G、B的区别，而是在光（guāng）谱维度上（shàng）也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道（dào）。因此（cǐ），通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并（bìng）且在光谱维度上（shàng）进行（háng）展开，结果不仅可以获得图（tú）像上每个点（diǎn）的（de）光谱数据，还可以（yǐ）获得任一个谱段（duàn）的影像信息。
目前高光（guāng）谱成（chéng）像技术（shù）发展迅速，常见的包括光栅分光、声（shēng）光可调谐滤波（bō）分光、棱镜（jìng）分光、芯片镀膜等。
光栅分光（guāng）原理（lǐ）：
在经典物（wù）理学中，光（guāng）波穿过狭缝、小孔或者圆盘之（zhī）类的障碍（ài）物时，不同波长的光会发生不同程（chéng）度的弯（wān）散传播，再通过光栅（shān）进行衍射分光，形成（chéng）一条条谱带。也就是说：空（kōng）间中的一维信（xìn）息通过镜头和狭（xiá）缝后，不同波（bō）长的光按照不同（tóng）程度的弯散传播，这（zhè）一维图像上的每个点（diǎn），再（zài）通过光（guāng）栅进行衍射分（fèn）光，形成一个（gè）谱带，照射到探测器上，探测器上的每个（gè）像素（sù）位置和强度表（biǎo）征光（guāng）谱和（hé）强（qiáng）度。一个（gè）点对应一个谱段，一条线就（jiù）对应（yīng）一个谱面，因此探（tàn）测（cè）器每（měi）次（cì）成像是（shì）空间一条（tiáo）线上（shàng）的（de）光谱信息，为了获得空间二维图像（xiàng）再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。
经过狭缝（féng）的光由于不同波长（zhǎng）照射到不同的（de）探（tàn）测器像元上，光能量（liàng）很低，因（yīn）此（cǐ）需要选择（zé）高（gāo）灵敏相（xiàng）机，同时需要加（jiā）光源。例如系统如下：
声光可调谐滤波分光(AOTF)原理：
AOTF由声光介质、换（huàn）能器和声终端三部分组（zǔ）成。射频驱动信号通（tōng）过换（huàn）能器在声光介质（zhì）内激励出超声（shēng）波。改变射频（pín）驱动信号（hào）的频率，可以改变AOTF衍射光的（de）波长，从而实现电调谐波长的扫描。
最（zuì）常用的AOTF晶（jīng）体材料为（wéi）TeO2即非共线（xiàn）晶体，也就是（shì）说光波通过（guò）晶体之后以不同（tóng）的出射角（jiǎo）传播（bō）。如上图所（suǒ）示：在（zài）晶体前（qián）端有一个换（huàn）能器，作用（yòng）于不同（tóng）的驱动频率，产生不同频（pín）率的振动即声波（bō）。不同的驱（qū）动频率对应于不同（tóng）振动（dòng）的（de）声波，声波通过晶体TeO2之后（hòu），使晶体中晶格（gé）产生了布拉格衍射，晶格更（gèng）像一种滤波（bō）器，使晶体（tǐ）只能通过一（yī）种（zhǒng）波长的光（guāng）。光进入晶体之后（hòu）发（fā）生衍射，产（chǎn）生（shēng）衍（yǎn）射（shè）光和零级光。
l AOTF系统组（zǔ）成：
AOTF系统组成：成像（xiàng）物镜（jìng）+准直（zhí）镜+偏（piān）振片+晶体+偏振片（piàn）+物镜+detector，入（rù）射光经过物镜会聚之（zhī）后进入（rù）准（zhǔn）平行镜(把（bǎ）所有的入射（shè）光变成平行光（guāng）)，准平行光进（jìn）入偏振（zhèn）片通过（guò）同一方（fāng）向的传播（bō）的光，平行光（guāng）进入晶体之后，平行（háng）于光轴（zhóu）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（de）波长不同经过晶体之后的（de）o光与e光的角度也（yě）不同（tóng），因此在改变波长的过程（chéng）中，图（tú）像会出现漂移);o光和e光（guāng）及（jí）0级光分别会聚在不同的面上。
为了（le）保证（zhèng）入射光（guāng）经过准平行镜之（zhī）后（hòu）能够完全（quán）变化（huà）成平（píng）行光（guāng），因此对前（qián）端的物（wù）镜视场角（jiǎo）有一定的要求，根据晶体的（de）xxx角，可（kě）算出物镜最（zuì）大（dà）的视（shì）场（chǎng）角（jiǎo），小于最大视场角的情况，成像（xiàng）ok，如果大于视场角，则会造成（chéng）重影(衍射光与0级光都（dōu）进入（rù）了sensor);
实现方法（fǎ）：
不同波长的光经过晶体（tǐ）之后衍射光与0级光的夹角也不同，因此为了能够保证（zhèng）更好（hǎo）的成像效果，在晶体的出（chū）光口加入遮挡（dǎng）片，即遮挡0级光（guāng），避免与衍（yǎn）射光一起进（jìn）入sensor，造成重影。
对聚光准直系统的优（yōu）化有两个方面：1提高光源的聚光效果，2减小聚光准（zhǔn）直（zhí）系统的外形尺寸。
棱镜（jìng）分光：
入射光（guāng）通过棱镜后被（bèi）分成不同的方向，然后照（zhào）射到不同方向的探测器（qì）上进行成像。棱镜分光（guāng）后，在棱镜的出射面（miàn）镀（dù）了不同波段的滤（lǜ）光（guāng）膜，使得不同方向的探测器可以（yǐ）采集到不同光谱信息，实现同时采集空间及光谱信息。
芯片镀膜
近年（nián）来，IMEC(欧洲微电（diàn）子（zǐ）研究中（zhōng）心)采用高灵敏CCD芯片及SCMOS芯片研制了一（yī）种（zhǒng）新的高（gāo）光（guāng）谱成像技术（shù），在探测器的（de）像元上分别镀不同（tóng）波段的（de）滤波膜实现高光（guāng）谱成像，此技（jì）术大（dà）大降低的（de）高光谱成像的（de）成本。
目前IMEC提供三种标准的光谱（pǔ）探测器：100波带的线扫描探测器（qì），32波带（dài）的瓷（cí）砖式镀膜探测（cè）器，16波（bō）带以4x4为一个波（bō）段（duàn）的（de）马（mǎ）赛克式镀膜探测器
这种光（guāng）谱（pǔ）技术的优点是可以同时获得光谱分辨率和空间分辨率，可以（yǐ）进行快（kuài）速、高性能（néng）地获（huò）得光谱信（xìn）息和空间信息，集成度高，成本低。但是缺（quē）点是光谱灵敏度较低（dī），一般大于10nm，多（duō）用于无人机等大范围扫（sǎo）描的光谱应用领域。
利用大数据分析农作物长势、病虫害和农田墒情等信息可以让农业（yè）生产更加精准（zhǔn）高效。获取这些大数据，就要（yào）先给土地做（zuò）“CT”。为土（tǔ）地做 “CT”的关键（jiàn）技（jì）术设备在陕西省取得了（le）重（chóng）大（dà）突破。中煤航测遥感（gǎn）局（jú）采（cǎi）用小型固（gù）定翼无人（rén）机搭载（zǎi）高光谱成像仪成功实（shí）施（shī）了多次数据获（huò）取，成为国内首家（jiā）成功实施该项技（jì）术（shù）集成的技（jì）术团队。
长期以来，国（guó）内（nèi）高光谱（pǔ）数据获取只能依赖大飞机，导（dǎo）致数据成本（běn）大大增加，一般性科研和社会项（xiàng）目无法（fǎ）采（cǎi）用。另（lìng）外，在（zài）多旋翼无 人机上搭载（zǎi）的高光谱相机由于（yú）航时过短，难以获取大区域的高光（guāng）谱数据。这（zhè）些因素，制约（yuē）了我国千米左右低空遥感（gǎn）信息产业的发展（zhǎn）。煤航在国内（nèi）率先开展此（cǐ）项研究， 攻克了无人机搭载高光谱成像仪的成（chéng）像控制与操（cāo）控系（xì）统信号对（duì）接、数据预处理等（děng）一系列技术难题。该技术具有高（gāo）光谱分辨率、高空间分辨率、高时间（jiān）分辨率（lǜ）和低成本（běn） 获取的（de）显著优势，能够克服传（chuán）统航天技术（shù）手段代价（jià）高、时效性（xìng）不（bú）强等瓶颈，可开展大范围，高频次的遥（yáo）感（gǎn）数据获取，并大大降低费用。
目前，该无人机可开展低空（kōng）航（háng）摄、多（duō）光谱、热（rè）红外及（jí）高光谱遥感（gǎn）飞行（háng），可广泛应用（yòng）于国土、规划（huá）、环保、水利（lì）等行业（yè）和领域。
在（zài）实验（yàn）中，研究团队集成采用（yòng）无人机搭载微型高光（guāng）谱成像仪，先后（hòu）两次（cì）成功获取了杨凌揉谷试（shì）验区近3平方公里的高光谱数据（jù）。据煤（méi）航专家介绍（shào），这套高（gāo）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（kě）获取50×50像素（sù）的照片5张。同时，配备（bèi）了一套1000×1000像素（sù）的全色成像 仪，用于同步记录全色图像。根据（jù）这些数据（jù），可以很好地分析出植（zhí）物（wù）的生（shēng）长状（zhuàng）况、土壤（rǎng）内有机物含（hán）量等（děng）信息。经过分（fèn）析和处（chù）理，这些数据质量达到了预期（qī）标（biāo）准，是国内首（shǒu）次在小型（xíng）固定翼无人机上成（chéng）功获取的高光谱试验数据。
该项技术是（shì）国家科（kē）技支（zhī）撑计划项目“旱区（qū）多（duō）遥感（gǎn）平台农田信息精准获取（qǔ）技术集成与应用”课题中“航空和低空平台传感器和信息获取”的核心成果。目前，煤（méi）航（háng）已（yǐ）经拥（yōng）有电动和油动两（liǎng）种机型共四（sì）架无人机（jī），可搭载四种传感器。
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