近年来,随着光谱技术的发展及其应用领域的扩展,光谱仪在光谱分辨率,空间分辨率等方面都有了很大的提升。尤其是遥感观测领域,对光谱数据的质量要求越来越高,并且获取的光谱信息量急剧上升,要满足某些应用需求就必须实现光谱数据的高速获取并且不能损失数据质量;与此同时,对光谱数据的处理也会造成很大的压力,尤其是在光谱数据实时监测领域更需要快速脱机化的硬件处理平台。本文针对无人机载大面阵滤光片阵列型多光谱相机成像数据链的各重要环节进行了深入的研究,为多光谱相机的小型化、低功耗化、高性能化、数据实时处理应用做出了重要贡献,使其顺利完成飞行试验,获得了高质量的多光谱数据,从而进入批量生产阶段。所取得的主要研究成果为:1.建立了滤光片阵列型多光谱相机成像模型,构建出了该相机成像链关键环节;对成像链核心——多光谱相机主体完成工程设计实现,突出其小型化优势。2.首次将低功耗双稳态机械电子快门作为镜间快门应用于航空大面阵多光谱相机中,结合对快门各参数的介绍,分析了该类快门对多光谱数据质量的影响,进而从机械结构和电子学驱动器等方面提出了改进方案,通过室内实验和室外推扫试验验证了改进的有效性,原始影像的最大灰度突变由15.05%降低为0.54%,推扫试验合成伪彩色影像的色差标准差从2.0455降为0.3738,从而增强了目标光谱的真实性和一致性,也为后续多光谱数据的处理提供了优质影像数据。3.为消除光学系统及CCD探测器造成的成像不均匀,提高多光谱影像数据质量,实现光谱定量化探测,本文对滤光片阵列型多光谱相机分别进行了实验室光谱定标、相对辐射定标和绝对辐射定标,并分析了各标定的不确定度;实验过程中发现机械快门的不稳定性无法消除并对定标结果有较大的影响,因此本文针对该光谱相机的成像特点,提出一种不使用机械快门的实验室定标方法,大大提高了定标系数的精度和稳定性。4.搭建机载两轴稳定平台,并采用改进的PID和超前-滞后补偿控制方法实现了滤光片阵列型多光谱相机的像移补偿,通过推扫试验验证了平台和方法可以有效提升多光谱相机的成像质量。5.结合滤光片阵列型多光谱相机原理及数据处理特点,使用先配准后拼接的策略,提高了结果影像的配准精度;提出了一种借助自动提取同名点对、同名直线对的多光谱相机数据的生成方法,过程主要包括:自动同名特征提取、平差计算几何变换参数、多光谱影像配准与拼接;提出了“视差约束的改进Hough变换影像匹配方法”,该方法使用金字塔影像匹配策略,顶层金字塔影像通过SIFT算子进行匹配来提供初始的视差约束条件,其他各层金字塔左右影像利用改进Hough变换影像方法进行匹配,匹配过程中利用上层匹配结果为当前层影像匹配提供视差约束条件,提高了匹配速度及精度。6.对光谱影像目标检测及在线快速并行处理技术进行了研究。通过对光谱解混匹配方法和异常目标检测方法的对比,验证了异常目标检测方法更适合在线处理及算法移植;重点研究了RX检测算法,并提出一种适合实际工程应用的核RX改进算法;通过对RX算法并行特点的研究,搭建了灵活的FPGA+多DSP并行硬件处理架构及演示验证平台,并对算法进行并行化实现和移植,通过实验证明了该平台能够实现光谱数据的快速在线处理及结果的实时下传,满足无人机载光谱数据快速应用需求。