高光譜成像儀的應(yīng)用范圍遍及化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。目前，高光譜成像儀在土地利用、農(nóng)作物生長、分類，病蟲害檢測(cè)，海洋水色測(cè)量，城市規(guī)劃、石油勘探、地芯地貌及軍事目標(biāo)識(shí)別等方面都有著很廣泛和深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景?？梢姽饨t外光譜范圍高光譜成像儀比較廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹脖缓秃Ｑ?植被的反射光譜特征主要取決于葉片中的葉綠素含量和成份，正常生長的植物有典型的光譜形狀;當(dāng)生長不良、病蟲害、地下金屬礦物誘導(dǎo)病變等因素會(huì)引起反射強(qiáng)度比例變化和吸收光譜特征的微小位移，這種位移的觀測(cè)要求超高光譜成像儀具有優(yōu)于 5nm的光譜分辨率和 100 以上的信噪比。在光波范圍能夠觀測(cè)水下狀況的只有可見光，其中穿透性好的波長范圍為 0.45～0.60μm(藍(lán)光至黃光)，亦被稱為“海洋窗口”?？梢姽獬吖庾V成像儀可以觀測(cè)海洋中沉積性懸浮物、浮游生物、葉綠素的分布等海況，但是獲取海洋表層中懸浮體物質(zhì)在質(zhì)量和數(shù)量方面的信息時(shí)，不僅需要高光譜分辨率，而且要很高的輻射靈敏度(信噪比 500 以上)。

在農(nóng)林業(yè)上的應(yīng)用在農(nóng)林業(yè)上的應(yīng)用很多，如農(nóng)作物長勢(shì)分析、作物類別鑒定、病蟲害防治分析、產(chǎn)量評(píng)估、林業(yè)資源調(diào)查、伐林造林、森林草場調(diào)查、土地沙化、土壤侵蝕等。

在農(nóng)業(yè)、林業(yè)中的應(yīng)用：高光譜成像儀可以用來研究品種因素對(duì)小麥品質(zhì)的影響程度以及品種因素與品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性，還可以得出環(huán)境條件下籽粒的白質(zhì)含量與濕面筋含量、沉降值、吸水率、形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間之間存在的相關(guān)性，并利用不同品種、不同肥水條件下的作物關(guān)鍵生育時(shí)期的生化參量與光譜指數(shù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)籽粒品質(zhì)。2005年6月 12 日我國首次利用地物光譜儀高空監(jiān)測(cè)小麥條銹病 5。在位于昌平小湯山的“國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地”小麥實(shí)驗(yàn)田，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究的“基于 3S 技術(shù)的小麥條銹病監(jiān)測(cè)預(yù)警”采用熱氣球進(jìn)行近地遙感監(jiān)測(cè)小麥條銹病初步獲得成功， 這在我國尚屬首次。這項(xiàng)研究以小麥條銹病為對(duì)象，根據(jù)全球定位系統(tǒng)(GPS)的精確定位，利用地理信息系統(tǒng)(GIs)研究其大區(qū)流行規(guī)律，利用遙感(Rs)技術(shù)探索其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新途徑(合稱 3S 技術(shù))，期望最終構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的小麥條銹病監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)，這項(xiàng)成果將為政府部門制訂小麥條銹病防治決策方案提供科學(xué)依據(jù)，也為信息技術(shù)在植物病害研究中的應(yīng)用提供新的方法借鑒。項(xiàng)目研究的成功將會(huì)促進(jìn)我國重大農(nóng)作物病害監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的規(guī)范化和實(shí)用化，實(shí)現(xiàn)病害大流行早知道，保障糧食生產(chǎn)，增加農(nóng)民收入，縮小我國植物病害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)與國際前沿水平的差距。

農(nóng)業(yè)作物長勢(shì)監(jiān)測(cè)：主要利用紅外波段和近紅外波段的遙感信息，得到的植被指數(shù)(NDVI)與作物的葉面積指數(shù)和生物量正相關(guān)。利用NDVI 過程曲線， 特別是后期的變化速率預(yù)測(cè)冬小麥產(chǎn)量的效果很好，精度較高。在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，通過高空間和高光譜分辨率的航空與航天遙感，來及時(shí)(平均 2 天～3 天一次)地提供農(nóng)作物長勢(shì)、水肥狀況和病蟲害情況，稱之為“征兆圖”(Symptom Maps)，供診斷、決策和估產(chǎn)等使用。為了實(shí)時(shí)地獲取數(shù)據(jù)，需要反復(fù)利用航空遙感或利用各個(gè)小衛(wèi)星建立全球數(shù)據(jù)采集網(wǎng)。

高光譜遙感與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究的基礎(chǔ)問題還有待解決，如環(huán)境脅迫作用下的遙感機(jī)理和遙感標(biāo)志研究，

遙感與GIS 的集成對(duì)作物脅迫作用的診斷理論以及作物生長環(huán)境和收獲產(chǎn)量實(shí)際分布的空間差異性機(jī)理和環(huán)境脅迫作用與產(chǎn)量形成的遙感定量關(guān)系。為了解決上面的理論和應(yīng)用問題，需要抓住高光譜、高分辨率、雷達(dá)遙感等技術(shù)手段和“三S”集成技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

對(duì)植被的葉面積指數(shù)、生物量、全氮量、全磷量等生物物理參數(shù)進(jìn)行分析和估算。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究中， 高光譜遙感具有廣闊的應(yīng)用前景。比如可以從遙感數(shù)據(jù)中提取生物物理和生物化學(xué)的參數(shù)，就是用高空的高光譜遙感數(shù)據(jù)對(duì)一些重要的生物和農(nóng)學(xué)參數(shù)的反演。這種研究可以用來研究生態(tài)系統(tǒng)過程，如光合作用、C、N 循環(huán)等，也可以用來對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行描述和模擬。

最具潛力和效益的應(yīng)用前景就是研究作物的光譜特征農(nóng)學(xué)遙感機(jī)理，將其應(yīng)用于遙感估產(chǎn)，做到對(duì)農(nóng)作物生長勢(shì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、病蟲害的早期診斷和產(chǎn)量的早期預(yù)報(bào)?？梢杂糜谵r(nóng)業(yè)自然災(zāi)害(水、旱、火、蟲、病等)的遙感實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和損失評(píng)估，主要農(nóng)作物的長勢(shì)、播種面積的監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量預(yù)報(bào)以及草地估產(chǎn)、草畜平衡估算，進(jìn)行農(nóng)業(yè)自然資源與環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，進(jìn)行全國耕地變化的遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

環(huán)境監(jiān)測(cè)：環(huán)境監(jiān)測(cè)主要應(yīng)用在 ①石化工業(yè)：如對(duì)油品、塑料、添加劑、催化劑等中的元素分析等，還可對(duì)其有害元素含量是否超標(biāo)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè);②生態(tài)環(huán)保：污水或水中有害金屬分析，植物中殘余無機(jī)元素的分析;③建筑、建材工業(yè)：結(jié)合城市地物和人工目標(biāo)的檢識(shí)等，對(duì)水泥、玻璃及耐火材料分析。

自然災(zāi)害和災(zāi)情評(píng)估：目前我國在加緊研制的環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，計(jì)劃在 2005 年前研制出由兩個(gè)光學(xué)衛(wèi)星和一個(gè)雷達(dá)衛(wèi)星組成的小衛(wèi)星星座。在2010 年前研制出由四個(gè)光學(xué)衛(wèi)星和4 個(gè)雷達(dá)衛(wèi)星組成的小衛(wèi)星星座，開展對(duì)環(huán)境和災(zāi)害全天時(shí)、全天候的監(jiān)測(cè)。自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)和災(zāi)情評(píng)估可以包括很多種， 如洪澇、干旱、雪災(zāi)、森林大火、地震、海洋狀況等。

赤潮是指海洋微藻、細(xì)菌和原生動(dòng)物在海水中過度增殖或聚集致使海水變色的一種現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，沿海富營養(yǎng)化加劇，近年來赤潮的頻繁發(fā)生和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，破壞了漁業(yè)資源和海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，赤潮毒素也嚴(yán)重威脅著人類的生命安全。2002 年我國海域共發(fā)現(xiàn)赤潮 79 次，累計(jì)面積超過 10，000 平方公里，直接經(jīng)濟(jì)損失 2300 萬元。利用機(jī)載高高光譜成像儀，獲得了赤潮爆發(fā)現(xiàn)場 8G 高光譜數(shù)據(jù)。通過海監(jiān)船的現(xiàn)場取樣和事后數(shù)據(jù)分析。所以，利用高光譜成像儀獲得的數(shù)據(jù)，可以迅速對(duì)赤潮做出反應(yīng)，有利于赤潮的及早發(fā)現(xiàn)、分類、控制和治理，從而減小赤潮的危害。

海洋資源普查：利用高光譜成像儀可獲得海陸相互作用區(qū)域的高分辨率圖像，可以兼顧海洋和陸地的需求，目前高光譜成像儀已經(jīng)應(yīng)用于我國海岸帶重點(diǎn)地區(qū)(黃河口、長江口和珠江口)的資源和植被調(diào)查、海岸帶動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以及海岸帶變遷的長期研究。葉綠素分布是與海洋初級(jí)生產(chǎn)力、海水富營養(yǎng)化、赤潮等密切相關(guān)的指標(biāo)，同時(shí)，也是研究全球氣候變化的重要依據(jù)。目前利用高光譜成像儀已能夠較準(zhǔn)確地確定大洋和遠(yuǎn)海的葉綠素分布，但近岸水體的葉綠素分布的反演精度還需進(jìn)一步提高。

除了以上實(shí)際應(yīng)用外，目前高光譜成像儀在自然科學(xué)的大部分領(lǐng)域起著主要的作用。隨著面陣探測(cè)器陣列制造技術(shù)的進(jìn)一步提高，一些新型的成像光譜技術(shù)得到了應(yīng)用，具有這些技術(shù)的光譜儀更具有可靠性和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，并且體積小、重量輕、光譜分辨率高、實(shí)時(shí)性更好、光譜范圍更寬。