- 研究背景
高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。目前高光谱成像技术发展迅速，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。可以应用在食品安全、医学诊断、航天领域等领域是近代兴起的一种图谱结合的探测手段，由于其具有极强的地物分类和识别能力，近年来受到广泛关注。高光谱成像最早应用于航空航天遥感成像，现已渗透到矿产勘察、环境监测、农业或生态研究等领域。
目前国际上正在迅速发展的一种新型传感器称为成像光谱仪，它是以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器。通过将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起，可以实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像。成像光谱仪基本上属于多光谱扫描仪，其构造与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区别仅在于通道数多，各通道的波段宽度很窄。70年代末80年代初，在研究归纳各种地物光谱特征的基础上，形成这样一个概念：如果能实现连续的窄波段成像，那么就有可能实现地面矿物的直接识别，由此产生了光谱和图像结合为一体的成像光谱技术。1983 年美国喷气推进实验室研制出第一台航空成像光谱仪（AIS-1），随后包括中国在内的许多国家都研制成功了一系列成像光谱仪，其中有以线阵探测器为基础的光机扫描型，有以面阵探测器为基础的固态推扫型，也有以面阵探测器加光机的并扫型。
- 国外研究现状
1983年，世界上第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功，并在矿物填图、植被生化征等方面取得了成功，显示出了高光谱遥感的魅力。在此后，许多国家都先后研制航空成像光谱仪。如美国的AVIRIS、DAIS，加拿大的FLI、CASI，德国的ROSIS，澳大利亚的HyMap等。如今美国已经研制了三代高光谱成像光谱仪。1983年的第一代成像光谱仪AIS－1，在1987年由NASA喷气推进实验室研制的航空可见光，红外光成像光谱仪（AVIRIS）成为第二代高光谱成像仪。第三代高光谱成像光谱仪是克里斯特里尔傅立叶变换高光谱成像仪（FTHSI）它采用了256通道，光谱范围为400～1050nm之间，光谱分辨率为2～10nm，视场角为150。
经过20世纪80年代与90年代的发展，一系列高光谱成像系统在国际上被研制成功并在航天航空平台上获得了广泛应用。到20世纪90年代后，在高光谱遥感应用上一系列重要的技术问题，如高光谱成像信息的定标，定量问题，以及成像光谱图像信息可视化及多维表达问题，图像与光谱的变换和光谱信息的提取、大量数据信息的处理、光谱的匹配和光谱的识别、分类等问题得到了基本解决之后，高光谱遥感一方面将由实验研究阶段逐步转向实际应用阶段，并且技术发展方面由以航空系统为主开始转向于航空和航天高光谱分辨率遥感系统相结合的阶段。至今为止国际上已有许多种航空成像光谱仪处于运行状态，在实验研究以及信息的商业化方面发挥着重要作用。
- 国内研究现状
上世纪80年代初、中期，在国家科技攻关项目和863计划的支持下，我国亦开展了高光谱成像技术的独立发展计划。我国高光谱仪的发展，经历了从多波段到成像光谱扫描，从光学机械扫描到面阵推扫的发展过程。根据我国的使用情况先后开发出了满足海洋环境监测和森林探火的需求的以红外和紫外波段以及以中波和长波红外为主体的航空专用扫描仪，满足地质矿产资源勘探方面的短波红外光谱区间（2.0－2.5 mm）的6—8波段细分红外光谱扫描仪（FIMS）和工作波段在8－12mm光谱范围的航空热红外多光谱扫描仪（ATIMS）。
在此以后我国又自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪（PHI）和实用型模块化成像光谱仪（OMIS）等并得到国内外的多次应用，这些新的成像光谱系统不仅在地质和固体地球领域研究中发挥巨大的作用，在生物地球化学效应、农作物和植被的精细分类、城市地物甚至建筑材料的分类和识别方面也都有很好的结果。
2002年3月在我国载人航天计划中发射的第三艘试验飞船“神舟三号”中，搭载了一台我国自行研制的中分辨率成像光谱仪。2007年10月24日我国发射的“嫦娥-1”探月卫星上，成像光谱仪也作为一种主要载荷进入月球轨道。这是我国的第一台基于富里叶变换的航天干涉成像光谱仪，它具有光谱分辨率高的特点。2008年发射的环境与减灾小卫星（HJ-1）星座中，也搭载一台工作在可见光—近红外光谱区（0.45—0.95mu;m）、具有128个波段、光谱分辨率优于5nm的高光谱成像仪。高光谱成像仪是天宫一号搭载的有效载荷之一。
在轨运行期间，利用多个应用单位由他的“火眼金睛”开展了地质矿产和油气资源勘查、森林水文生态监测、环境污染监测分析等都取得了丰硕的成果。2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射的天宫一号携带了我国最新研究出的高光谱成像仪。新的高光谱成像仪由中科院长春精密机械与物理研究所以及上海技术物理研究所共同研制的，是目前我国空间分辨率和光谱综合指标最的空间光谱成像设备，在空间分辨率、波段范围，数目以及地物分类等方面达到国际同类遥器先进水平。
“在天宫一号目标飞行器上安排高光谱遥感对地观测，主要是利用高光谱成像仪lsquo;图谱合一rsquo;的特点以及在地表覆盖识别能力、蕴含地物光谱信息等方面优势，有针对性开展研究。”载人航天工程空间应用系统副总设计师张善从介绍说。在林业方面，高光谱成像仪在森林覆盖制图与变化监测方面有广阔的应用前景。由于空间遥感可以获得较大范围的数据，因此利用遥感数据可较好地估算森林的生物量和碳储量。
高光谱成像仪在森林防火中发挥着重要作用。目前我国森林防火主要应用的是中低空间分辨率、高时间分辨率的卫星数据，对于较大面积火场非常敏感，但对燃烧初期的明火通常较难探测到。天宫一号高光谱成像仪可同时获取不同波谱范围的数据，更好地满足我国森林防火预警扑救的需求。海洋遥感是２０世纪后期海洋科学取得重大进展的关键技术之一。国家卫星海洋应用中心对天宫一号高光谱遥感数据进行解译、信息提取，用于海岸带信息与海冰信息监测，同时针对土地利用、滨海湿地、潮间带、岸线变迁、保护区、石油平台监测等信息进行了制图。在数字化土地利用监测方面，目前大多光谱数据由于受空间、光谱分辨率等限制，难以满足现实需要。天宫一号高光谱成像仪具有较高光谱分辨率，在类别细分方面具有一定优势。
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