高光谱遥感是遥感技术的前沿领域，它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体中获得有关数据，包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命，它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质在高光谱遥感中能被探测。高光谱遥感数据的每个像元可以提供几乎连续的地物光谱曲线，使我们利用高光谱反演陆地细节成为可能。 

光谱分辨率与空间分辨率的提高是遥感技术发展的重要趋势。20世纪70年代初美国发射的陆地卫星仅有4个波段，其平均光谱分辨率为150纳米；80年代的TM则增加到7个波段，在可见光到近红外光谱范围内的平均光谱分辨率为137纳米；法国SPOT4卫星的多光谱波段的光谱分辨率为87纳米。高光谱成像遥感技术的发展是20世纪80年代遥感技术的最大成就之一。

美国的光谱成像技术发展较早，从20世纪80年代开始已经研制了三代高光谱成像光谱仪。第一代成像光谱仪为航空成像光谱仪（AIS），是由美国国家航空和航天管理局（NASA）所属的喷气推进实验室设计，并于1984～1986年装在NASA的C-130飞机上使用。这是一台装有二维、近红外阵列探测器的实验仪器，有128个通道，光谱覆盖范围为12～24微米。AIS在内华达Cuprite地区的应用中取得很好的效果。1987年研制成功的航空可见光/红外光成像光谱仪（AVIRIS）为成像光谱仪的第二代产品。AVIRIS是首次测量全部太阳辐射光谱范围（400～2500纳米）的成像光谱仪，共有224个通道，它已经为科学研究和实际应用提供了大量的图像数据。AVIRIS与AIS相比，在传感器设计以及定标、数据系统、飞行高度等方面都有很大改进，可以满足数据质量的要求和科研的需要。与此同时，加拿大、澳大利亚、日本等国家竞相投入力量研究成像光谱仪，美国GER公司研制成功实用型GERIS并投入商业运行，其中63个通道为高光谱分辨率扫描仪，第64通道被用来存储航空陀螺信息。该仪器由3个单独的线性阵列探测器的光栅分光计组成。第三代高光谱成像光谱仪为克里斯特尔傅里叶变换高光谱成像仪FTHSI，适合在Cessna-206轻型飞机上使用。它的重量为35千克，采用256通道，光谱范围为400～1050纳米，有2～10纳米的光谱分辨率，视场角为150°。

与此同时，中国成像光谱仪的发展也取得进步。“七五”期间研制了各种专题应用扫描仪，比如：IR/UV是为海洋环境航空遥感监测业务系统研制的专题扫描仪；VIS/MIR/IR扫描仪是探测森林火灾的专题扫描仪；早期的6波段红外细分光谱扫描仪FIMS和ATIMS热红外多光谱扫描仪以遥感地质为目标，是识别蚀变岩性的主要工具，在新疆寻找金矿和塔里木石油勘探应用中取得了重要进展。在此基础上，“八五”期间又发展了71波段的模块化航空成像光谱仪（MAIS）系统。中国第一台224波段扫描式高光谱成像仪（PHI）与128波段实用型模块化机载成像光谱仪OMIS已研制成功并进行了多次成功的航天遥感实验。

另外，中国科学院上海技术物理研究所研制的中分辨率成像光谱仪于2002年随“神舟”三号飞船发射升空，这是继美国1999年发射EOS平台之后第二次将中分辨率成像光谱仪送上太空，从而使中国成为世界上第二个拥有航天成像光谱仪的国家。中国研制的中分辨率成像光谱仪可以一次处理500千米×500千米范围的信息，光谱通道为34个，图像清晰度和层次与美国EOS平台同类成像光谱仪图像的分辨率相同、通道质量相当，技术已达到了世界先进水平。这台中分辨率成像光谱仪是“神舟”三号飞船轨道舱的主载荷，飞船返回地面后，成型光谱仪在343千米高度的非太阳同步轨道上稳定运行了半年，其探测内容包括海洋、大气和陆地3个部分：海洋以海洋水色、水温探测为主，兼顾海冰和海岸带探测，重点探测叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、污染物；大气以水汽和气溶胶探测为主；陆地以大尺度土壤和植被分布等地表探测为主。所获得的地球目标的不同光谱影像，可以为农业估产、可再生资源的动态调查、实时自然灾害的监测以及海洋环境与海洋初级生产力调查等提供服务。

经过20世纪80年代的起步与90年代的发展，一系列高光谱成像系统在国际上研制成功，并在航空平台上获得了广泛的应用。至20世纪90年代后期，在高光谱遥感应用的一系列重要技术以及光谱匹配和光谱识别、分类问题中，图像光谱变换和光谱信息提取、大数据量信息处理、分类等问题得到了基本解决。随之而来的，高光谱遥感由实验研究阶段逐步转向实际应用阶段。国际上已有许多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。

高光谱遥感正处于以航空遥感为主转向航空和航天高光谱遥感相结合的阶段。卫星平台方面，装载有MODIS传感器的Terra卫星已于1999年12月发射升空。继Terra之后，美国NASA EOS计划中的第二颗卫星Aqua也于2002年5月顺利进入预定轨道。装有全球陆地成像仪（GLI）传感器的日本ADEOS-II卫星于2002年12月成功发射。澳大利亚将发射一颗以地质探测和矿藏资源作为主要遥感对象，具有在可见光和短波、红外波段、全色波段共65个通道的高光谱成像小卫星（ARIES）。欧洲空间局（ESA）于2002年3月发射的ENVISAT卫星装载了包括15个波段的中分辨率成像光谱仪（MERIS）在内的10个卫星探测器。美国EO-1（Earth Observing-1）卫星高级陆地成像仪（ALI）（10波段）和Hyperion（22波段）以及美国高光谱遥感技术/海岸海洋成像光谱仪（HRST/COIS）（210波段）等这些已经发射的与即将发射的高光谱遥感传感器将使人类以更敏锐的眼光洞察世界。人们利用NASA EOS计划，以及ESA的ENVISAT等卫星所提供的丰富的陆地、海洋和大气等信息，配合航空高光谱成像光谱仪所提供的高空间分辨率、高光谱信息，将给遥感技术及应用带来一场变革。

高光谱遥感的基本内容，按其科学体系包括高光谱遥感影像分析方法和高光谱遥感的应用两部分内容。

国内外在成像光谱仪的遥感应用研究中，所采用的分析方法可归纳为两大类：基于纯像元的分析方法和基于混合像元的分析方法。其中基于纯像元的分析方法又可以分为：基于成因分析的光谱分析方法和基于统计分析的图像分类和分析方法。

基于成因分析的方法，主要从地物光谱特征上发现表征地物的特征光谱区间和参数，最常用的是各种各样的植被指数。与此相对应的方法是地物光谱重建和重建的光谱与数据库光谱的匹配识别。这一方法通过对比分析地面实测的地物光谱曲线和由成像光谱仪图像得到的光谱曲线来区分地物。为了提高成像光谱仪数据分析处理的效率和速度，一般要对这些曲线进行编码或者提取表征曲线的参数。“光谱匹配”是利用成像光谱仪探测数据进行地物分析的主要方法之一。但由于野外实际情况的复杂性，很难建立一个比较通用的地物波谱库，这就限制了其应用，仅在比较小的领域内（如岩石成分分析等）得到成功的运用。

基于统计分析的图像分类和分析视每一波段的图像为随机变量，然后利用概率统计理论进行多维随机向量的分类。由于传感器空间分辨率的限制以及地物的复杂多样性，混合像元普遍存在于遥感图像中，地面地物分布比较复杂的区域尤其如此。如果将该像元归为一类，势必会带来分类误差，导致分类精度下降，不能反映地物的真实覆盖状况。因此，基于混合像元的分析方法在高光谱遥感影像分析中应用更加广泛。根据混合模型的不同，又可将其分为两类，即基于线性光谱混合模型的混合像元分析和基于非线性光谱混合模型的混合像元分析。线性光谱混合模型是最受欢迎且使用最多的一种模型，其突出优点是简单。虽然它只能分离与波段数目相同的类别，但对于有着数百个波段的高光谱数据，采取一些特殊处理方法，已经可以克服这种限制。对于非线性光谱混合模型可以利用某些方法使之线性化，从而简化为线性模型。

由于高光谱图像具有很高的光谱分辨率，因而能够提供更为丰富的地物细节，有利于地物物理化学特性的反演。高光谱遥感的应用体现在各个领域。如在海洋遥感方面，它不仅可用于海水中叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、某些污染物和表层水温探测，也可用于海水、海岸带等的探测。在植被研究方面，它可用于作物类型识别，森林树种识别，植被荒漠化研究等等。在精细农业方面，它可快速精确地获取作物生长的状态以及环境胁迫下的各种信息，从而相应调整投入物资的施入量，达到减少浪费、增加产量、保护农业资源和环境质量的目的。在地质调查方面，可以借助高光谱丰富的光谱信息，依据实测的岩石矿物波谱特征对不同岩石类型进行直接识别，达到直接提取岩性的目的。在大气和环境遥感方面，它能够识别出光谱曲线的细微差异，从而识别由于大气成分变化而引起的光谱差异。在军事侦察、识别伪装方面，利用高光谱技术可以从伪装的物体中自动发现目标。高光谱遥感已经在各方面显示了巨大的应用潜力，正受到国内外专家学者的广泛关注，在诸多领域发挥着越来越重要的作用。

成像光谱仪是遥感技术与应用领域的一大热点。但国内外常用的成像光谱仪还是以航空机载为主，要进入实用阶段，需要由航空遥感转向卫星遥感。所以，未来会陆续发射携带更高分辨率的成像光谱仪的卫星。

按照数据处理手段，成像光谱仪遥感数据的使用仍然受到很大的限制。主要原因是：一是数据的压缩和信息提取方法不成熟；二是缺乏比较通用的成像光谱仪图像处理系统来进行成像光谱数据的存储、显示和分析。可以预见，这两方面问题也是未来成像光谱仪遥感的主要研究方向。此外，成像光谱仪和高光谱数据处理技术将会在得到有效改善的基础上，挖掘其地学应用的潜力。根据具体的应用领域和要解决的实际问题的特殊性，建立有效的应用模型也将成为成像光谱仪遥感研究的主要内容之一。

总之，随着一系列航空成像光谱仪和卫星成像光谱仪的研制成功，必将进一步推动高光谱遥感的发展，处理高光谱海量数据的技术和算法将得到不断完善和解决，高光谱数据的处理效率，分析研究和应用水平将得到提高。