高光譜成像與以往常規的光學成像不同，高光譜圖像數據也不同于常規二維結構的圖像數據。高光譜圖像數據是一個三維的數據立方體，該數據立方體不僅含有常規圖像數據的二維空間維信息，還同時擁有數十、成百、上千連續波段的光譜維信息。為了更形象直觀的認識高光譜數據立方體，也為了更清晰的表達高光譜圖像數據立方體的細節特點及其總體特征，我們將高光譜圖像數據立方體構成簡化為下圖坐標系中所示。

先簡單定義構成高光譜數據立方體的三個坐標維度：X，空間方向維；Y，空間方向維；Z，光譜波段維。為了方便解析，我們只看立方體的表面。該高光譜數據立方體的六個表面可以分成兩類：一類是空間維X與另一空間方向維Y所構成的二維空間平面，如平面OXY，這類平面的圖像與常規的圖像結構相同，表達目標的空間分布信息，可以是一個黑白灰度圖像，也可以是紅綠藍三波段合成的彩色圖像；另一類則是空間方向維與光譜波段維Z 所決定的平面，如平面OXZ和平面OYZ，這類平面圖像與常規圖像不同，它反映的不再是目標普通特征中的二維空間分布，而是目標在某一條直線上的光譜信息分布。

高光譜圖像數據立方體這種獨特的三維結構為高光譜成像技術應用的普及做出了極大的貢獻，同時這對數據處理技術的要求也越來越高。一方面，通過這種獨特的數據表達方式，人們可以從目標圖像的對應像元中提取出對應目標物的光譜曲線，這也使得高光譜數據所含有的信息量遠遠大于常規光學圖像數據，這種海量信息內涵的高光譜數據記錄了目標物的更多樣更細致的理化特性，對目標物的識別提供了更巨大的潛力。另一方面，以海量信息和特殊的數據結構為基礎的高光譜數據立方體，在數據處理、信息提取分析和分類等方面向人們提出了更為嚴峻的挑戰，也要求人們從光譜維去理解和揭示地物在空間維度上表現出來的物理特性及其變化。因此，在常規以幾何距離和高度為表征的二維和三維空間圖像的處理與分析方法的基礎上，引入光譜維的處理和分析技術就成為未來技術發展的必然。