遙感技術出現之后, 在探測器技術提高的基礎上, 首先在美國出現了將影像與光譜探測融合為一體的思路。20世紀80年代初期, 童慶禧(遙感學家、中國科學院院士、國際歐亞科學院院士，中國科學院遙感與數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, 并與中國科學院上海技術物理研究所薛永祺研究了這一新型遙感技術實現的可能, 這也是我國開展高光譜遙感技術研究的起源, 相關研究工作為我國后來開展的成像光譜技術研究奠定了重要基礎。高光譜成像儀作為新一代傳感器, 能夠獲取連續窄波段的光譜信息, 從而識別出具有診斷性波譜的地物。現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載高光譜成像載荷, 搭載在包括衛星、飛機、無人機和地面工作平臺等不同高度的遙感平臺上。

無人機高光譜的樹種分類識別

自1980年以來, 航空高光譜傳感器已經得到很大發展, 并且在水質監測、葉面積指數監測等研究中進入實用階段。1988年文獻利用航空成像光譜儀AIS圖像數據進行礦物探測識別并制圖, 該研究成果的發表代表著利用遙感手段獲取地物目標的連續光譜信息的開始。在AIS的基礎上發展起來的機載可見光-紅外成像光譜儀AVIRIS于1987年開始投入飛行使用, 此后經過了多次升級改造。與此同時, 一些發達國家也開始研制成像光譜儀。在AIS和AVIRIS的基礎上, 相關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載成像光譜儀Hymap等。為了推進我國成像光譜技術的發展, 2002年租用了Hymap進行了一系列包括儀器飛行、數據獲取處理及應用研究的工作。我國在成像光譜儀方面也取得較大進展, 20世紀80年代后期研制和發展了航空成像光譜儀MAIS, 此后上海技術物理研究所又自行研制了推帚式成像光譜儀PHI系列及實用型模塊化成像光譜儀OMIS。長春光機所研制了高分辨率成像光譜儀C-HRIS, 并于2011年研制無人機載高光譜成像儀, 目前已投入實際應用。

航天高光譜成像技術是在機載成像光譜技術的基礎上發展起來的, 機載高光譜成像儀的應用實踐為航天高光譜成像儀的研制工作奠定了基礎。20世紀90年代, 航天光譜成像儀的發展已經成為一個熱門課題, 受到國際的廣泛關注。美國的中分辨率成像光譜儀MODIS、Hyperion成像光譜儀、超光譜成像儀試驗相機FTHSI, 歐洲環境衛星上搭載的MERIS及CHRIS衛星相繼發射升空, 宣告航天高光譜時代的到來。其中2000年美國成功發射的Hyperion成像儀為高光譜遙感研究獲取了大量珍貴的數據, 具有里程碑意義。我國于2008年發射了HJ-1A衛星, 這是國內第一顆高光譜儀成像衛星。2011年長春光機所和上海技術物理所共同研制的高光譜成像儀搭載于“天宮一號”目標飛行器升空。長春光機所目前開展我國首臺“高光譜與高空間分辨率CO2探測儀”的研制工作, 該項目的研制將填補我國星載高光譜溫室氣體探測儀的空白。2018年5月發射的“高分5號”衛星是世界首顆實現對大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛星。

近年來, 隨著無人機的發展, 基于無人機的高光譜成像載荷也得到快速發展, 出現了一系列無人機載高光譜成像儀, 這些成像設備一般可應用于地面試驗研究。此外, 利用非成像光譜儀在野外或實驗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據的分析應用精度, 還可以模擬和定標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、波段設置和評價遙感數據等。

基于不同遙感平臺的高光譜成像儀各有優缺點, 總體而言, 航空光譜儀相較于衛星遙感成本高; 航天光譜成像儀的幅寬大, 覆蓋面積廣, 但空間分辨率較低, 時效性差, 可使用的高光譜衛星數據很少, 不能滿足當前的研究需求; 地面光譜成像儀雖然成本較低, 但是靈活性也低, 在野外試驗過程中會造成人力物力的極大浪費。而無人機載高光譜成像儀因其機動靈活、時效性高等優點得到大力發展。高光譜成像儀的發展過程及各階段的特點如圖所示。