高光谱成像技（jì）术（shù）起源于地质矿物识别填（tián）图研究，逐渐扩展为植被生态（tài）、海洋海（hǎi）岸水（shuǐ）色、冰雪、土壤以及大气的研究中。对空间探测（cè）、军事安全、国土资（zī）源（yuán）、科学（xué）研（yán）究等领域都具（jù）有（yǒu）非常（cháng）重要的（de）意义。
所谓高光谱图（tú）像就是在光（guāng）谱维度（dù）上（shàng）进行了细致的（de）分割，不仅仅（jǐn）是传统所谓的黑、白或（huò）者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有（yǒu）N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个（gè）数据立方，不仅有图像的信息（xī），并且在光（guāng）谱维度上进行（háng）展开，结（jié）果不仅可（kě）以（yǐ）获得图像上每个（gè）点（diǎn）的光谱数据，还（hái）可以获得任（rèn）一（yī）个谱段（duàn）的影像信息。
目前高光谱成像（xiàng）技术发展迅速，常见的（de）包括光栅（shān）分光、声光可调谐（xié）滤波分光、棱镜分光、芯（xīn）片镀膜等。
光栅分光原理：
在经典物（wù）理（lǐ）学中，光波（bō）穿过狭缝、小孔或者（zhě）圆盘之类的障碍物时，不（bú）同波（bō）长的光（guāng）会发生（shēng）不同程（chéng）度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成（chéng）一条条谱带。也就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭（xiá）缝后，不同波长的光（guāng）按照不同程度的弯散传播（bō），这一维图像上的每个点（diǎn），再通过（guò）光栅进行衍（yǎn）射分光，形（xíng）成一个谱带，照射到探测器上（shàng），探（tàn）测（cè）器上的每个像素位置和强度表征光谱和（hé）强度（dù）。一个点对应一个谱段，一（yī）条线就对应一（yī）个谱面，因此（cǐ）探测（cè）器每（měi）次成像是（shì）空间一条线上的光谱信息，为了获得空（kōng）间二维图（tú）像再通过机械推扫，完成（chéng）整个（gè）平面的图像（xiàng）和光（guāng）谱（pǔ）数据采（cǎi）集。
经过狭（xiá）缝的光由（yóu）于不同波长照射到不同的探测器像元（yuán）上，光（guāng）能量很低，因此需要选择高（gāo）灵敏相（xiàng）机，同时需要加光源。例如系统如下：
声光可调谐（xié）滤波分（fèn）光(AOTF)原理：
AOTF由声光介质、换能器和声终端三部分组成（chéng）。射频驱（qū）动信号通过（guò）换能器在声光介（jiè）质内激励出超声波。改变射频驱动（dòng）信（xìn）号的频率，可以改变（biàn）AOTF衍射（shè）光（guāng）的波长（zhǎng），从而（ér）实现电调（diào）谐波长的扫描。
最常用的AOTF晶（jīng）体（tǐ）材料为TeO2即非共线晶体，也就是（shì）说光波通过晶体之后以不同的出射角传播。如上图所示：在晶（jīng）体（tǐ）前端（duān）有一个换能器，作用于不同的驱动（dòng）频（pín）率，产生不同（tóng）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（shēng）波通过晶体TeO2之后，使晶体中晶格产生了布拉格（gé）衍射，晶格更像（xiàng）一种滤波器，使（shǐ）晶体只能通（tōng）过一种波长的光。光进入（rù）晶体之（zhī）后（hòu）发（fā）生衍射，产生衍射光（guāng）和零级光。
l AOTF系统组成：
AOTF系统组成（chéng）：成像物镜+准直镜+偏振片+晶体+偏振片+物镜+detector，入（rù）射光经（jīng）过物镜会聚之后进入准平（píng）行镜(把所有的入射光变成平行（háng）光)，准（zhǔn）平行光进入（rù）偏振片通过同一（yī）方向的传播的光（guāng），平行（háng）光进入晶体之后（hòu），平行于光轴的光（guāng）按照原来方（fāng）向前行，非平行光进（jìn）行衍射，分成两束相互垂直（zhí）o光和e光（guāng）(入（rù）射光的波长不（bú）同经过晶体之后的o光（guāng）与e光（guāng）的角度也不同，因此在改变波长的过程（chéng）中，图像会出现漂（piāo）移);o光和e光及0级光分（fèn）别会聚在不同（tóng）的面上。
为（wéi）了保证入射光（guāng）经过准平行镜（jìng）之后能够完全（quán）变化（huà）成（chéng）平行光，因此对前端的物镜（jìng）视场角有一定的要求（qiú），根据晶体（tǐ）的xxx角，可算出物镜最大的视场角，小于最大视（shì）场角（jiǎo）的情况，成像ok，如果大于视场角，则（zé）会造成重影(衍射光与0级光都进入了（le）sensor);
实现方（fāng）法：
不同波长（zhǎng）的光经过晶体之后衍射光（guāng）与0级光的夹角也不同（tóng），因（yīn）此为（wéi）了能够保证更好的（de）成像效（xiào）果，在（zài）晶（jīng）体的出光口加入遮挡（dǎng）片，即（jí）遮挡（dǎng）0级光（guāng），避免与衍射光一起进入sensor，造成重（chóng）影。
对聚光准直系统的优化有两（liǎng）个方面：1提高光（guāng）源的聚光效果（guǒ），2减小聚（jù）光准直系统的外形尺寸。
棱镜（jìng）分光（guāng）：
入射光通过棱镜后被分成不同（tóng）的方向，然后照（zhào）射到不（bú）同方向（xiàng）的（de）探测（cè）器上进行成像（xiàng）。棱镜分（fèn）光后，在棱镜的出射面镀（dù）了（le）不同波段的滤光（guāng）膜，使得不同（tóng）方向的探测器可以采集到不同光谱信息，实现同（tóng）时采集空间及光谱信息。
芯片镀（dù）膜
近年来，IMEC(欧洲微电子研究中心)采用高灵敏CCD芯片及（jí）SCMOS芯片研制了一种新（xīn）的高光谱成像技术，在探测器的像元上分别镀不（bú）同波段的滤（lǜ）波（bō）膜实（shí）现高光谱成像，此技术大大降低的高光谱成像的成本。
目前（qián）IMEC提供三种标（biāo）准的光谱探测器：100波带（dài）的线扫描探测（cè）器，32波带的（de）瓷砖式镀膜探测器，16波带以4x4为一个波段的马赛（sài）克式（shì）镀膜探测器
这种光谱技术的优点是可以同（tóng）时获得光谱分辨率和空间分辨率（lǜ），可（kě）以进（jìn）行快（kuài）速（sù）、高性（xìng）能地获得光谱信息和空（kōng）间信息，集成度高，成本低。但是（shì）缺点是光谱灵敏（mǐn）度较（jiào）低，一般大于10nm，多用于无人机等大（dà）范围扫描（miáo）的（de）光谱应用领域。
利用大数据分析农作物长势（shì）、病（bìng）虫（chóng）害和农田墒情等信息可（kě）以让农业生（shēng）产更加精准高效。获取（qǔ）这些大数据，就要先给（gěi）土地做“CT”。为土（tǔ）地做 “CT”的关键（jiàn）技术设备在陕西省（shěng）取得了（le）重大突破。中煤航测遥感局采用小型固定翼无人机搭载高光（guāng）谱成像仪成功实（shí）施了（le）多次数据（jù）获取，成为国内（nèi）首家成功实施（shī）该项技术集成（chéng）的（de）技术（shù）团队。
长期以来（lái），国内高光谱（pǔ）数据获取只能依赖大飞机，导致（zhì）数据（jù）成（chéng）本大大（dà）增（zēng）加，一（yī）般性科研和社会（huì）项（xiàng）目无法采用。另外，在多旋翼无 人机上搭载的高光谱相机由于航时过（guò）短，难以获取大区（qū）域的高光（guāng）谱数据。这些因素，制（zhì）约了我国（guó）千米左右低空遥感信息产（chǎn）业的发展（zhǎn）。煤（méi）航（háng）在国内率先开展此项研（yán）究， 攻克了无人机搭（dā）载高光谱成像仪的成像控制与操控系统信号（hào）对接（jiē）、数据预处理（lǐ）等一（yī）系列技术难（nán）题（tí）。该（gāi）技术具有高光谱（pǔ）分辨率、高空间分辨率（lǜ）、高时间分辨率和低成本 获取的（de）显著优势，能够（gòu）克服传统航天技术（shù）手段代价（jià）高、时效（xiào）性不强等瓶颈，可开展（zhǎn）大范（fàn）围（wéi），高频次的遥感（gǎn）数据（jù）获（huò）取，并大大降低（dī）费用。
目（mù）前，该无人机（jī）可开展低空航摄、多光谱（pǔ）、热红外及高光谱遥感飞行，可广泛应用于国土、规划、环保、水利（lì）等行业和（hé）领域。
在实验中，研（yán）究团队（duì）集成采用无人机搭载微（wēi）型高光（guāng）谱成像仪，先后两次成（chéng）功获取（qǔ）了杨凌揉谷试（shì）验区近3平方公里的（de）高（gāo）光谱数据。据（jù）煤航专家介（jiè）绍（shào），这套高光谱成像（xiàng） 仪包括了128个有效波段，波（bō）长区（qū）间为（wéi）400-100纳米，每秒钟可获（huò）取50×50像素的照（zhào）片5张。同时，配备了一套1000×1000像素的全色（sè）成像（xiàng） 仪，用于同步记录全色图像。根据这些数据，可以（yǐ）很好地分析出植物的生长状况（kuàng）、土壤（rǎng）内有机物含量等信息。经过分析和（hé）处理（lǐ），这些数据质（zhì）量达到（dào）了预期标准（zhǔn），是国内首（shǒu）次在（zài）小型固定翼无人（rén）机上成功获取的高光谱试验数据。
该项（xiàng）技术是国家科技支撑计划（huá）项目“旱区多遥（yáo）感平台农田信息精准获取技（jì）术集成与应用”课题中“航空和低空（kōng）平台传感器和（hé）信息（xī）获（huò）取”的核心（xīn）成果。目前，煤航已（yǐ）经（jīng）拥有电（diàn）动和油动两种机型共四（sì）架（jià）无（wú）人（rén）机，可搭载四（sì）种传感（gǎn）器（qì）。
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