高分辨率多光谱遥感影像从影像的空间结构和光谱特征两方面观测地物,提供了更多有价值的信息,在植被、农业、森林、环境保护和灾害应急等遥感应用中具有非常大的优势和潜力。随着遥感应用的深入和精细化,更为机动灵活的遥感平台,如低空无人机及飞艇,逐渐与传统遥感方式如卫星和航空遥感技术形成互补,并受到越来越多的关注。相比于维护与转场成本高昂的飞艇,低廉的无人机遥感正在成为获得高分辨率遥感数据的重要途径之一。基于轻小型无人机的高分辨率多光谱遥感应用成为整个行业关注的热点。基于轻小型无人机的高分辨率多光谱遥感数据被广泛应用在作物生长、产量评估、地质灾害评估以及环境监测领域。因此,基于无人机平台的高分辨率多光谱遥感从传感器设计和数据处理等方面对多光谱相机的研制提出了更迫切的需求及更高的要求。基于此,本文设计了一款适用于轻小型无人机的多光谱相机系统,可应用在植被遥感、农业遥感及森林遥感等行业。作者在考虑了轻小型无人机平台的搭载能力及任务执行能力后,采用了与传统多光谱相机不同的成像原理,在探测器前精确安装滤光片阵列,一次曝光得到地物目标分条带的分波段图像,通过飞行平台的前向运动获得每个条带区域的多光谱图像,经过处理后得到地物的高分辨率多光谱影像。这种设计利用平台的前向运动代替了相机旋转、扫描等机械运动,与传统多光谱相机比较,具有质量轻、体积小等特点,适用于轻小型无人机平台。同时,由于采用较大的探测器件,对比目前市场上的无人机载多光谱相机,本文相机能够获得更多的旁向像素数和更宽的旁向幅宽,提高了系统执行任务的效率。为了与本文设计的多光谱相机成像特点相适应,作者改进了目前常用的图像配准算法SURF算法,在不影响配准精度的情况下,提高数据处理效率,更好地满足了任务执行需求。本文的主要内容和研究成果有几个方面:(1)基于滤光片阵列分光的策略,研制了轻小型无人机载多光谱相机系统。(2)改进了目前常用的SURF图像配准算法,保证图像配准精度情况下提高了影像的配准效率。(3)在中科院怀来实验站进行了多次相机系统的无人机飞行试验,获取了第一手的研制相机原始图像;根据飞行试验和数据处理结果,就相机系统的改进更新、数据处理方法及流程等方面提出了意见及制定了发展路线图;为相机的实用化乃至今后的产业化提供技术基础。