自上世纪70年代以来,成像光谱技术越来越多的应用到环境保护、地质勘探等多个领域,针对探测不同目标所需谱段各不相同,冗余谱段数据对后期进行光谱分析没有帮助这一事实,应用部门对于大成像视场、低数据冗余度成像光谱仪的需求十分强烈。即将升空的嫦娥五号着陆器上会搭载月球矿物光谱成像仪,其中可见近红外波段(480~950nm)将采用二维指向机构解决大视场光谱成像问题,对月表进行光谱成像,将对后续进行月壤成分分析提供重要依据。本文的主要工作和创新点包括以下几部分:1.月球矿物光谱分析仪成像模块精确数理模型在二维指向镜一般成像原理的基础之上,结合月球矿物光谱分析仪成像模块的具体光谱,建立了精确光学传输数理模型,定量化获取了透射变换参数。对二维指向机构几何参数进行了精确的标定,通过实验测算了仪器的视场角,精细地建立图像、二维指向机构俯仰角方位角和地面实际目标三者之间的光学传递模型,定量化的给出了在不同方位角俯仰角条件下的图像像旋和畸变关系。定量化的分析了模型误差。该方法对获取大视场光谱图像打下了基础,具有一定的创新性和工程应用价值。2.改进的尺度不变特征变换图像自动拼接技术二维指向机构对近景目标进行成像会存在明显的像旋和畸变,首先根据透射变换原理和光学传递模型,将所有畸变图像校正到同一水平面上。随后通过基于尺度不变特征变换(Scale-invariant feature transform,SIFT)的图像拼接技术对校正过的图像进行自动图像拼接。在特征点提取阶段、配准阶段、变换阶段和融合阶段对算法进行了改进,并进行了外场试验,对试验各个步骤的结果进行了分析,给出了若干个全视场光谱图像和月表取样前和取样后的光谱辐亮度曲线,试验结果表明,该方法具有一定的创新性和工程应用价值。3.地基全视场月球观测实验针对地基全视场月球观测实验,设计了实验方案,研制了一台原理样机。不同于上文所述二维指向镜结构,本样机采用整机摆扫方式对月球进行成像,利用上述算法对获取数据进行了处理,最终获取了全视场地基月球光谱图像和曲线。