在过去的四十年里，机载高光谱成像光谱仪一直用于地球观测。尽管推扫式高光谱成像仪的灵敏度很高，但它们的测绘带和波长覆盖范围有限。近年来，基于无人机 （UAV）的高光谱传感器和基于地面平台的高光谱成像仪相继问世。无人机高光谱传感器可以达到厘米级的空间分辨率，而高光谱成像仪通过从固定角度连续观察同一区域来提供更高的时间分辨率。利用机载高光谱成像仪的优势，2012年设计了机载多模态成像光谱仪 （AMMIS），作为中国高分辨率对地观测计划（HREOP）的关键部分。
据麦姆斯咨询报道，近日，中国科学院上海技术物理研究所（以下简称：上海技物所）航空遥感团队长期深耕航空高光谱成像技术研究，连续攻克了大视场拼接、仪器高度集成化、低温光学等技术难题，成功研制出航空大视场全谱段多模态成像光谱仪（AMMIS），在水环境监测、近海水深反演、矿产资源调查、土地利用分类和气体环境监测等对地观测领域取得显著的应用效果。相关研究成果以“Design, Performance, and Applications of AMMIS: A Novel Airborne Multimodular Imaging Spectrometer for High-Resolution Earth Observations”为题，发表在国际期刊/中国工程院院刊Engineering上，并被选为当期封面。上海技物所王跃明研究员为该论文的通讯作者，芬兰地球空间研究所高级研究专家（Senior Research Scientist）、上海技物所博士毕业生贾建鑫为该论文的第一作者。
高光谱成像技术在对地观测中得到了广泛的应用，并且随着仪器性能的提升，已经从定性分类探测，发展为表征识别能力的定量检测技术。作为高分专项航空观测系统重要光学载荷之一，AMMIS具备全谱段、高光谱分辨率、高空间分辨率、高灵敏度、高作业效率的特点，可一次性获取覆盖紫外（UV）、可见光近红外（VNIR）、短波红外（SWIR）、热红外（TIR）近1400个谱段数据。经中国空间科学学会组织专家鉴定，认为“项目整体达到国际领先水平”。 图1（a）是AMMIS，包括成像和控制系统；图1（b）是飞机平台。
图1 AMMIS及其飞机平台
AMMIS具备多方面的技术优势：
（1）是采用模块化设计，由紫外模块、可见光近红外模块、短波红外模块和热红外模块组成，每个模块可单独飞行，也可根据任务和应用需求灵活组合，从而提高效率，降低使用成本。将这些模块集成到基于Leica PAV 80的升级稳定平台中，从而能够在较宽的波长范围内同步成像（如图2（a））；可见光近红外模块和短波红外模块各包括 3 个成像红外光谱仪（如图2（b））。
图2 AMMIS的多模块化设计
（2）是1 km航高的空间分辨率可达0.125 m，光谱分辨率最高可达3 nm，可完整记录地物空间和光谱信息，具备突出地物精细特征刻画能力。
（3）是可根据需求进行多模态成像，即空间分辨率和光谱分辨率可调，能够满足不同用户对空间分辨率和光谱分辨率的需求。
（4）是采用外拼接技术实现大视场成像，总视场角为40°，在2 km和3 km航高条件下，实现单个架次可采集面积分别不低于600 km²和1000 km²。
决定高光谱数据图像质量的光学系统是AMMIS最关键的部分之一。图3（a）–（c）显示了所有模块的光学系统设计和性能，描绘了单个光谱仪的光学系统。紫外模块、可见光近红外模块/短波红外模块、热红外模块中三种光谱仪的光学布局相同。
图3 紫外模块、可见光近红外模块/短波红外模块、热红外模块的光学系统
图4 AMMIS与国际典型推扫式机载高光谱成像仪性能比较
AMMIS是中国开发的新一代机载高光谱成像系统，自问世以来已完成30多次飞行活动。该系统已被用于验证星载高光谱有效载荷的几种关键技术，并由于其卓越的性能而被用于各种应用。未来的工作将集中在设计高光谱成像光谱仪、开发AI模型和增强其应用，特别是开发下一代机载和星载高光谱有效载荷。覆盖中波红外波长的宽光谱成像仪的预期开发前景广阔，因为它可以显着促进下游应用。此外，提高预处理精度，包括辐射、几何和大气校正，可以克服当前在阴天或夜间操作等具有挑战性的条件下高光谱成像的局限性。高级AI模型（如高光谱生成式预训练转换器）可以显著提高高光谱数据的易用性。高光谱数据的实时处理和处理时间预测的研究也可以满足紧急任务的要求。
https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.11.001
