碳卫星超光谱探测仪聚焦于陆地生态系统植被碳汇和森林蓄积量探测， 利用670~780 nm谱段的光谱绘制植被荧光的时空分布规律， 满足全球碳汇定量监测、 森林植被生产力评估的需求。 如何有效地标定超光谱探测仪的光谱参数， 建立探测仪和被测光谱信息的对应关系是定量化反演的基础。 通过光栅方程推导了超光谱探测仪的光谱数据误差模型， 并结合光学系统的弥散斑分布函数， 卷积得到了超光谱探测仪的仪器线形函数（ILS）分布规律。 仿真结果表明， 仪器线形函数是缓慢变化的， 在一个小光谱范围内ILS可以近似认为是一致的; 波长误差是一个系统误差， 主要由光栅制造误差等引起， 采用已知波长特征谱线标定的方法可以消除。 通过真空罐模拟在轨环境， 建立了包含可调谐激光器、 波长计、 旋转散射片、 积分球和平行光管等装置的光谱定标系统， 提供线宽小于0.001 nm均匀分布的单色标准光源， 利用自动化数据处理系统测试探测仪响应曲线和单色标准光源的对应关系， 标定超光谱探测仪的光谱参数。 超光谱探测仪光谱采样率2.5像元左右， 单波长光谱的有效数据点少， 无法给出ILS函数的精确数据， 以0.015 nm波长间隔单波长扫描的新方法将光谱采样密度提高2个数量级， 高斯拟合获取光谱分辨率， 数据处理结果表明超光谱探测仪光谱分辨率为0.24~0.26 nm。 通过选取特征波长和三次多项式拟合的方法得到波长定标方程， 给出了全部像元的光谱定标数据， 选取特征波长验证拟合波长残差， 结果表明定标精度优于0.005 nm。 为了进一步验证光谱定标结果， 开展了超光谱探测仪的地面推扫成像实验， 利用中国科学院空天院怀来试验站的测试平台， 获取了松树林和石子路面的光谱数据， 超光谱探测仪测量的大气吸收线和HITRAN模拟的大气吸收线比对结果表明， 氧吸收线中心波长偏差小于0.003 nm， 证明超光谱探测仪光谱定标精度满足指标要求。

TeO2非共线声光可调滤波器（AOTF）是一种优良的电调谐分光器件, 具有体积小巧、 稳定性高、 调谐快速、 可实现便携等优点, 在超光谱成像领域具有很高的应用价值。 通过非共线AOTF与光学倒置显微镜有机结合, 建立了声光滤波超光谱显微成像系统； 在可见光范围内, 开展了人体皮肤鳞状细胞癌组织的超光谱显微成像实验研究, 获得了一系列不同衍射光中心波长下的皮肤鳞状细胞癌组织的光谱和对应的显微图像。 系统性能检测实验结果显示, 在超声频率为110～180 MHz范围内的衍射光带宽仅为1.28～2.84 nm, 表明本研究中的AOTF具有很高的光谱分辨率, 达到102个光谱通道量级, 完全可以满足超光谱显微成像对生物组织结构进行精确识别的需要。 本系统采用高质量的TeO2晶体、 双胶合透镜以及优化的射频驱动源, 有效地抑制了衍射光光谱的旁瓣。 分析了超声频率与衍射光中心波长的调谐关系, 以及超声频率与对应衍射光谱带宽的关系曲线, 实验结果与理论计算结果有着较好的一致性。 系统实验获得的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像随光波长漂移不显著, 表明超光谱成像系统的图像稳定性高。 通过对比, 分析了不同中心衍射光下的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像的清晰度随光波长的变化规律, 在522.52 nm时, 皮肤鳞状细胞癌组织内部各精细结构区分明显, 图像最为清晰。 通过定义透射差异系数, 分析了图像整体亮度曲线和透射差异系数随光波长变化曲线, 其变化规律与直观观察结果相符合； 对皮肤鳞状细胞癌组织图像进行了边缘提取分析, 得出在497.87～551.29 nm内, 可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌组织进行观察和研究, 在509.69～527.59 nm范围内, 组织边缘明亮清晰且完整, 是进行皮肤鳞状细胞癌组织结构精确识别与分析的最佳窗口。 该研究为人体皮肤鳞状细胞癌组织结构简便、 灵活、 快速地检测与识别提供了一种新方法。

全局快门在对地观测的超光谱成像、测绘及星敏应用中具有优势，但应用效果也依赖于高信噪比。针对CMOS成像特点，设计了可进行拉灌电流的低压基准源电路，基于低热光学变形的焦面电子学，提出上电初始态不定的多通道串行数据接收方法；针对全局快门所特有的寄生光灵敏度影响，采用分行统计中间行为基准的多点拟合校正方法；按照EMVA1288标准，将前照式CMOS成像系统与制冷背照式EMCCD进行了测试，校正前后单幅图像的标准差分别为3.37和0.42，最大信噪比为123.37，EMCCD的最大信噪比为359.43。结果表明，该校正方法可有效减弱全局快门的固定图形噪声，面阵CMOS在全局快门方式下的信噪比与EMCCD相比还有较大差距。

相比于传统的分光元件，非共线声光可调滤波器(AOTF)具有小巧、稳定性强、调谐灵活快速、信号接收和处理方便等诸多优点，在光谱成像领域具有很高应用价值。将非共线AOTF与倒置光学显微镜有机结合，构建了显微光谱成像系统，在可见光范围内开展了肺癌组织的快速显微光谱成像研究。通过实验获得了加载在AOTF上的超声频率与衍射光波长的调谐关系，与理论计算结果符合较好；获得了在一系列中心光波长下的肺癌组织的显微图像和对应的窄带光谱。实验结果表明，系统在工作波段内均保持较好的光谱分辨性能；对不同光波长肺癌组织图像进行对比，结果未见图像明显漂移，表明图像稳定性高；各中心波长下获得的肺癌组织图像均呈现较好的清晰度；不同波长肺癌组织图像的对比以及亮度、透射率曲线的分析结果显示，在503.45~590.12 nm范围内，肺癌组织图像呈现最佳的对比度和清晰度，这主要是源于不同区域的内在组分和结构不同使得肺癌组织对于不同波长光信号的吸收程度不同。

介绍了一种用于工作波段0.4～2.5 μm超光谱成像系统中消高级次光谱集成滤光片的设计与研制.针对offner凸面光栅分光的工作特点,通过在同一光学基片上划分三块不同的几何区域,分波段实现超光谱成像仪全光谱范围内因光栅分光引起高级次光谱的抑制与消除,同时保证工作波段的光学效率优于93%.采用精细掩模技术,保证不同波段之间过渡区域的尺寸小于30 μm,有效提高光谱利用效率.

在外科神经修复手术中, 断端神经束性质的识别成为良好修复的关键。现有的一些神经束识别的方法不太理想。分子超光谱成像技术同时提供生物组织图像和光谱两方面的信息, 对检测目标可进行定性、定量和定位的描述, 可对不同的生物组织从光谱特性的角度识别、分类并在图像上定位;相比较于其他医学成像技术, 具有独特的优势。本研究把超光谱成像技术应用于神经束的识别和分类研究中, 以期通过不同神经束的特征光谱来识别并分类神经束, 并借助图像光谱信息确定神经束在图像中的定位, 以便更好的辅助外科手术人员开展神经修复手术。研究意义在于: 提出一种全新的神经束识别和定位的方法, 辅助外科人员提高神经修复的疗效;储备超光谱成像技术应用于生物组织的定性定量定位分析和研究的技术, 加快超光谱成像技术向实用阶段进展的步伐。

超光谱成像遥测污染气体的主要目的是对其进行识别分类，进而获得其空间分布信息，确定污染源位置。实际应用中，目标光谱叠加在强背景辐射之上，此外开放路径中的实测光谱还包含大气等干扰物光谱，这些因素制约了对目标光谱的识别分类。在线性模型基础上，利用正交子空间投影方法有效压缩背景及干扰物信息，并基于广义似然比检验原理构建子空间检测器，对所有像元逐个分类识别。以氨气为目标气体进行了野外实验，数据立方体来自扫描成像傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪，子空间向量由奇异值分解(SVD)算法得到。结果表明，子空间检测器对所有像元的识别结果优于光谱角度填图(SAM)算法。

环境卫星HJ-1A搭载的超光谱成像仪自2008年9月发射以来, 已获取了大量影像数据。由于超光谱成像仪部分波段的图像存在明显的条带噪声, 其图像应用效果受到严重影响。本文针对该图像噪声的特点, 提出了一种基于参考波段的移动窗口条带噪声去除方法。结果表明, 新的噪声去除算法不仅可以有效去除图像的条带噪声, 显著提高图像的清晰度, 而且还保留了原始图像的基本信息。该方法具有处理速度快、适用性广等优点, 是一种理想的条带噪声去除方法。

超光谱成像技术由于能够同时获取目标的空间信息和光谱信息，显著提高了空间遥感技术对地物的探测和识别能力，在对地观测和深空探测领域具有广阔的应用前景。总结了星载超光谱成像技术近三十年来的国内外研究现状，对国内外典型超光谱成像仪的技术指标、技术特点和应用领域进行了论述。分析结果表明：高空间分辨率、高光谱分辨率是超光谱成像技术未来的发展趋势，offner光栅色散型超光谱成像仪是一个重要的发展方向。

介绍了超光谱探测设备的基本原理、系统的软硬件组成, 采用 Matrox公司的 MorphisQXT视频采集卡进行超光谱成像数据的信息处理, 详细介绍了 MIL Ltie 8.0程序库的体系结构, 对应的配置函数功能。结合 VC++6.0开发环境, 采用异步双缓存伪实时处理的方法, 实现图像动态采集, 并对采集的图像进行叠加, 添加伪彩, 直观体现超光谱探测设备分辨真假目标的功能。运行结果表明: MorphisQXT视频采集卡可以满足数据量大, 实时性高的要求。