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成像技术和光谱技术是传统的光学技术的两个重要方向，成像技术能够获得物体的影像，得到其空间信息;光谱技术能够得到物体的光学信息，进而研究其物质属性。20世纪70年代以前，成像技术和光谱技术是相互独立的学科，随着遥感技术的发展，成像光谱技术迅速发展起来，它是一种快速、无损的检测技术，具有光谱分辨率高、多波段和图谱合一的特点，能在大尺度范围内识别地表并深入研究其地表物质的成分及结构。目前成像光谱技术已经成为遥感技术的发展趋势之一，并在侦察、海洋遥感、地质勘探、植被分析等领域得到越来越广泛的应用。
随着无人机技术的日益成熟，基于无人机平台的新型遥感技术异军突起，得到遥感工作人员的青睐，科研工作者更对其在行业上的应用前景予以众望。目前无人机搭载成像光谱仪在农业上可用于诊断作物长势、病虫害情况以及土壤肥力等;在环境保护方面可用于检测海洋、湖泊的化工原料污染、富营养化等;在林业领域可用于检测林火、林业病害、林木存活率、林木种类区分等;在矿产资源领域上可用于石油、矿物矿产等领域的勘测;在考古领域可用于古村落的修复、文物遗址的勘查等;在通信部门可用于电缆绝缘子的勘察等。
我国是烟草种植大国，烟草在全国各省均有种植，其面积和产量目前均居世界首位，税负收入在我国税收总量占有举足轻重的地位，为我国经济发展做出了相当贡献。而我国烟叶总产量中烤烟占了80%以上，是生产卷烟的最主要原料。长期以来，我国在观察监测烟田烟草的生长长势以及烟草品质等方面均采用耗时、耗力、成本高的传统方法。无人机成像高光谱技术是高效的烟草种植管理手段，其能大范围快速、准确地为决策者提供烟田烟草的生长状况，为决策者施肥、灌溉、喷洒农药提供有效的数据，有利于显著提高农药现代化水平，促进现代农业可持续发展。因此无人机高光谱技术在烟田监测方面具有较大的应用价值，为烟田管理的新趋势。
1 材料与试验部分
1.1 研究区域
野外试验田在云南大理、楚雄、石林板桥镇红塔烟草(集团)有限责任公司的烟草试验基地。
1.2 数据采集设备
本次试验采用大疆六旋翼无人机M600 Pro(无人机净重约4 kg，最大载重约 10 kg)，在无人机遥感平台上搭载四川双利合谱科技有限公司自主研发的高光谱成像光谱仪GaiaSky-mini-2，该无人机遥感平台采用的是无人机悬置空中，高光谱成像光谱仪采用内置推扫的方式获取地面图像(其主要参数见表1)。在云南大理和楚雄烟草试验基地，无人机的飞行高度均为120m，分别采集了33景和67景图像，每景图像代表地面幅宽为48m*48m;在石林板桥镇烟草试验基地，无人机的飞行高度为250m，一共采集了86景图像，每景图像代表地面幅宽为100m*100m。
2 结果与分析
2.1 拼接结果预览
图3为利用无人机高光谱拼接软件HiSpectralStitcher对云南大理、楚雄、石林板桥镇红塔烟草(集团)有限责任公司的烟草试验基地的无人机高光谱影像的三波段拼接效果预览图(RGB分别代表750 nm/650 nm/550 nm最邻近波长)。从拼接结果来看，除楚雄烟草试验基地，由于航线规划过程没规划成功，导致部分烟草田块没有拼接成功外，大理和石桥板镇烟草基地的无人机拼接结果较好。
2.2 无人机高光谱影像烟草提取方法
无人机高光谱影像不仅包含有烟草，还有其他的作物、杂草、土壤、道路、建筑物等，从影像中提取感兴趣的目标物，通常的方法有非监督分类、监督分类、决策树、面向对象分类等，本研究采用监督分类的最大似然法对拼接好的无人机高光谱影像进行分类，分别提取了烟草和其他植物做植被指数分析，叶绿素、总氮、烟碱等生化指标的反演。其中大理和楚雄烟草试验基地只提取烟草做生化指标反演，石板桥镇烟草基地将烟草和其他作物一起参与生化指标的反演，观察烟草与其他作物在生化指标的差异。
2.3 烟草与其他地物的光谱分析
图4为无人机高光谱影像上烟草、杂草、作物以及土壤在400-1000 nm范围的光谱曲线。从图中可知，烟草的光谱反射率高于杂草的光谱反射率，而杂草的光谱反射率则高于作物的光谱反射率，土壤的光谱反射率在400-760nm范围内保持稳定上升的趋势，在760-900nm范围内光谱差异不大，在900-1000nm范围内有一峰谷，这是因为水汽吸收的原因。
2.4 植被指数分析
植被指数是一类具有一定生化意义的不同波段光谱值的组合，通常有比值植被指数、线性组合植被指数、修正植被指数、差值植被指数等。不同波段组合的植被指数对于不同指标预测效果不同。在农业上，基于光谱技术检测作物生理指数的波段范围一般在 400～2 500 nm 之间，涉及到色素(叶绿素、类胡萝卜素等)、氮、水分等吸收和叶片细胞的内部结构。在 400-740 nm 可见光波段，叶绿素在 480、650、670-680、740 nm 处有吸收峰，类胡萝卜素在420、425、440、450、470、480 nm 均有吸收峰，叶黄素在 425、445、475 nm 有吸收峰。而在 740-1 300 nm 近红外波段由于健康的叶肉细胞反射作用，其反射率急剧升高;作物水分的吸收峰主要集中在 970、1 450、1 944 nm 处。因此当作物受到胁迫作用时，相应的氮、色素、酶等发生变化，通过应用各种植被指数监测这些生理指标变化，可判断作物胁迫情况、生长状况以及产量情况。图5为大理、楚雄、石板桥镇烟草基地烟草的NDVI分布图(NDVI采用的绿光波长与红光波长的)，NDVI值越大则说明长势越好。