遙感技術(shù)出現(xiàn)之后, 在探測器技術(shù)提高的基礎(chǔ)上, 首先在美國出現(xiàn)了將影像與光譜探測融合為一體的思路。20世紀(jì)80年代初期, 童慶禧(遙感學(xué)家、中國科學(xué)院院士、國際歐亞科學(xué)院院士，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所研究員)等與美國JPL專家安·卡爾的交流中了解了這一思路, 并與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所薛永祺研究了這一新型遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能, 這也是我國開展高光譜遙感技術(shù)研究的起源, 相關(guān)研究工作為我國后來開展的成像光譜技術(shù)研究奠定了重要基礎(chǔ)。高光譜成像儀作為新一代傳感器, 能夠獲取連續(xù)窄波段的光譜信息, 從而識(shí)別出具有診斷性波譜的地物?，F(xiàn)有的高光譜傳感器主要是航天高光譜傳感器、航空高光譜傳感器、地面高光譜成像儀及無人機(jī)載高光譜成像載荷, 搭載在包括衛(wèi)星、飛機(jī)、無人機(jī)和地面工作平臺(tái)等不同高度的遙感平臺(tái)上。

無人機(jī)高光譜的樹種分類識(shí)別

自1980年以來, 航空高光譜傳感器已經(jīng)得到很大發(fā)展, 并且在水質(zhì)監(jiān)測、葉面積指數(shù)監(jiān)測等研究中進(jìn)入實(shí)用階段。1988年文獻(xiàn)利用航空成像光譜儀AIS圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行礦物探測識(shí)別并制圖, 該研究成果的發(fā)表代表著利用遙感手段獲取地物目標(biāo)的連續(xù)光譜信息的開始。在AIS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的機(jī)載可見光-紅外成像光譜儀AVIRIS于1987年開始投入飛行使用, 此后經(jīng)過了多次升級(jí)改造。與此同時(shí), 一些發(fā)達(dá)國家也開始研制成像光譜儀。在AIS和AVIRIS的基礎(chǔ)上, 相關(guān)研究人員研制了各式各樣的航空高光譜成像儀, 如加拿大的CASI傳感器及澳大利亞的機(jī)載成像光譜儀Hymap等。為了推進(jìn)我國成像光譜技術(shù)的發(fā)展, 2002年租用了Hymap進(jìn)行了一系列包括儀器飛行、數(shù)據(jù)獲取處理及應(yīng)用研究的工作。我國在成像光譜儀方面也取得較大進(jìn)展, 20世紀(jì)80年代后期研制和發(fā)展了航空成像光譜儀MAIS, 此后上海技術(shù)物理研究所又自行研制了推帚式成像光譜儀PHI系列及實(shí)用型模塊化成像光譜儀OMIS。長春光機(jī)所研制了高分辨率成像光譜儀C-HRIS, 并于2011年研制無人機(jī)載高光譜成像儀, 目前已投入實(shí)際應(yīng)用。

航天高光譜成像技術(shù)是在機(jī)載成像光譜技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 機(jī)載高光譜成像儀的應(yīng)用實(shí)踐為航天高光譜成像儀的研制工作奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代, 航天光譜成像儀的發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)熱門課題, 受到國際的廣泛關(guān)注。美國的中分辨率成像光譜儀MODIS、Hyperion成像光譜儀、超光譜成像儀試驗(yàn)相機(jī)FTHSI, 歐洲環(huán)境衛(wèi)星上搭載的MERIS及CHRIS衛(wèi)星相繼發(fā)射升空, 宣告航天高光譜時(shí)代的到來。其中2000年美國成功發(fā)射的Hyperion成像儀為高光譜遙感研究獲取了大量珍貴的數(shù)據(jù), 具有里程碑意義。我國于2008年發(fā)射了HJ-1A衛(wèi)星, 這是國內(nèi)第一顆高光譜儀成像衛(wèi)星。2011年長春光機(jī)所和上海技術(shù)物理所共同研制的高光譜成像儀搭載于“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器升空。長春光機(jī)所目前開展我國首臺(tái)“高光譜與高空間分辨率CO2探測儀”的研制工作, 該項(xiàng)目的研制將填補(bǔ)我國星載高光譜溫室氣體探測儀的空白。2018年5月發(fā)射的“高分5號(hào)”衛(wèi)星是世界首顆實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星。

近年來, 隨著無人機(jī)的發(fā)展, 基于無人機(jī)的高光譜成像載荷也得到快速發(fā)展, 出現(xiàn)了一系列無人機(jī)載高光譜成像儀, 這些成像設(shè)備一般可應(yīng)用于地面試驗(yàn)研究。此外, 利用非成像光譜儀在野外或?qū)嶒?yàn)室測量各種地物的光譜反射率、透射率及其他輻射率, 可幫助理解各種地物的光譜特性, 提高不同種類遙感數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用精度, 還可以模擬和定標(biāo)一切成像光譜儀在升空之前的工作性能, 如確定傳感器測量光譜范圍、波段設(shè)置和評(píng)價(jià)遙感數(shù)據(jù)等。

基于不同遙感平臺(tái)的高光譜成像儀各有優(yōu)缺點(diǎn), 總體而言, 航空光譜儀相較于衛(wèi)星遙感成本高; 航天光譜成像儀的幅寬大, 覆蓋面積廣, 但空間分辨率較低, 時(shí)效性差, 可使用的高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)很少, 不能滿足當(dāng)前的研究需求; 地面光譜成像儀雖然成本較低, 但是靈活性也低, 在野外試驗(yàn)過程中會(huì)造成人力物力的極大浪費(fèi)。而無人機(jī)載高光譜成像儀因其機(jī)動(dòng)靈活、時(shí)效性高等優(yōu)點(diǎn)得到大力發(fā)展。高光譜成像儀的發(fā)展過程及各階段的特點(diǎn)如圖所示。