高光谱遥感作为遥感科学与技术发展的前沿领域之一，其科学研究和技术应用的深度和广度不断拓展。本文针对高光谱遥感影像数据处理及其地质应用中的几个问题展开研究。主要研究内容从宏观角度涉及两个方面：一是高光谱遥感影像处理；二是高光谱遥感地质应用。主要探讨如下四个问题：一是高光谱遥感影像光谱解混问题；二是高光谱遥感影像处理性能优化问题；三是高光谱遥感矿产资源立体勘查技术体系框架问题；四是航空高光谱遥感油气微渗漏蚀变信息提取问题。对于高光谱遥感影像数据处理光谱解混中端元提取这一核心算法，在对算法研究及其进展进行综述的基础上，根据算法设计数学机理，提出了一种端元提取算法设计分类的新思想：基于距离、体积、最优化、变换与投影的几何学设计，以及基于统计学和信号检测设计、空间和光谱综合的设计思路三大类。在此基础上，把线性光谱混合模型最小二乘无约束解向量的分量定义为与端元之间的一种距离，提出了一种基于最大丰度系数的解混新算法。联系高光谱遥感影像工程应用海量数据特性，从高性能计算角度，对高光谱遥感影像数据并行处理算法设计和实现的并行计算平台体系结构和并行编程环境进行了论述，并以高光谱遥感影像数据处理中的协方差并行计算以及光谱相关系数并行填图算法为例，探讨了基于集群和MPI编程以及基于CPU+GPU混合构架CUDA编程的高光谱遥感影像数据并行处理技术实现途径及其特点。针对高光谱矿产资源探测地质应用实际，论述了测谱学的岩矿波谱机理、岩矿分类识别方法、矿物精细识别、地质成因环境探测以及成矿预测等内容。结合星空地高光谱遥感资源勘查应用数据处理流程，从数据处理角度，设计并探讨了高光谱遥感矿产资源立体勘查技术体系框架。基于油气微渗漏原理，结合航空高光谱油气微渗漏异常探测地质应用实际，利用航空高光谱SASI数据实现了研究区含烃地物异常，以及碳酸盐和粘土蚀变异常等信息的提取，并对提取结果进行了分析和含义解析。基于上述工作，论文在以下几个方面取得创新。在解混算法研究方面，把线性光谱混合模型最小二乘无约束解向量的分量定义为与端元之间的一种距离，提出了一种基于最大丰度系数的解混新算法及端元提取算法分类新方法，并证明了线性光谱混合模型中复合型边界性质。从立体勘查和数据处理角度，提出并设计了一种高光谱遥感矿产资源立体勘查技术体系框架。高光谱遥感地质应用角度，设计了一种航空高光谱油气资源探测业务应用数据处理流程：基于经验线性的光谱重建、PPI端元提取、基于波谱特征的端元识别、基于MTMF技术和阈值分割算法相结合的分类识别和蚀变填图。