光谱成像技术，它将光谱技术和成像技术融合为一体，同时获取被测目标的光谱信息和空间信息，形成由一个光谱维和两个空间维组成的三维数据立方体(3D Data Cube)，相比传统的单一宽波段的探测方法，光谱成像可以探测到多个波段的光谱图像信息，从而提高了识别不同物质的能力。光探测器最多只能探测到两维空间数据，所以要探测光谱和空间的三维数据，必须采用扫描成像技术和多通道探测技术。扫描型光谱成像仪器主要采用推扫成像的方式获得各空间像元的光谱信号，再通过图像拼接可以获取空间图像的光谱。多通道探测技术是一种并行探测技术，每次探测的信号值为多个光谱信号的组合测量值。
信噪比(SNR)是评价称重设计性能的重要指标，它可以直接定义为信号与其对应噪声的比值。
哈达玛变换矩阵
H型哈达玛变换矩阵是由+1元素和-1元素组成的正交方阵，它构成了最佳化学天平(BeSt chemical Balance)称重设计，矩阵中的+1元素与-1元素分别表示待称量的
物体放在天平的两侧。
S-型哈达玛变换矩阵是由1元素和0元素组成的方阵，它构成了最佳弹簧(Best
S埘ng BalaJlce)称重设计，矩阵中的1元素和0元素分别表示在某次称重过程中物体
被称与否。S矩阵可以由H矩阵变换构造，将行阶H型哈达玛变换矩阵H。的第一行
和第一列移除得到一个新的方阵，将该新方阵中的所有-1元素替换为0元素，所得即
为N一1阶S-型哈达玛变换矩阵S n-1。
哈达玛变换编码测量成像的基础理论
普通二维成像是对各个像素的信号值进行测量，不同的信号值对应不同的灰度值，从而拍摄出一幅图像。当单个像素对应的信号值非常小的时候，噪声相对信号值就显得相当的大，甚至信号值淹没在噪声之中，探测器无法准确的探测出信号值，因此拍摄出来的图像质量很差，甚至分辨不出图像中的目标物体。但是多个像素信号值的叠加是一种组合测量方式，组合测量方式是通过对不同的像素实行编码来实现的。这种成像方式来源于统计学中的称重设计理论。
编码测量成像方法是从称重设计方法发展而来的，而称重设计方法的原理。称重设计方法是为准确称量出多个轻小物体的重量而设计的，该方法首先将多个物体按照某种特定的方式进行组合，然后把测量单个物体的重量转变成测量组合物体的重量，因为多个物体的组合的重量一般比单个物体的重量大的多，因此测量组合物体的重量时称重仪器测量的更准确，得到多个组合测量值之后利用数学计算求出各个轻小物体的重量。这种方法得到的各个物体的重量比单独的一个一个的测量物体的重量更准确。
使用称重设计方法进行测量，首先确定一个特定的组合方式，然后按照这个组合方式选择不同的物体进行组合测量，总共需要n 次测量，每次测量都是n个物体的不同线性组合。称重设计理论运用到光学领域就可以实现对光信号的测量，只是称量的目标不再是轻小物体的重量而是待测目标像元的光信号强度，相应的测量仪器不再是称重仪器而是光电信号测量仪器。称重设计中所使用的组合测量方法在光学领域中对应的是光学多路复用技术或者光学多通道技术，在光学成像领域中，成像的过程就是得到目标场景中的各个像元的光信号强度，从而拍摄出一幅图像，当像元的光信号强度非常微弱的时候，通过直接探测每个像元的信号强度来拍摄一幅图像时，由于在得到每个像元光信号强度的时候，噪声值相对信号值偏大，使得探测的每个像元的信噪比都很低，这使得拍摄出来的图像质量非常低，甚至不能分辨出图像中的目标物体。利用称重设计理论的思想，首先将多个像元按照某种特定的方式进行组合，然后把测量单个像元的光信号强度转变成测量多个组合像元的光信号强度，因为多个像元的组合的光信号强度一般比单个像元的光信号强度大的多，因此光电信号测量仪器测量组合像元的光信号强度时更准确，信噪比更高。然后利用矩阵运算求出每个像元的光信号强度，重建出图像。
编码测量成像的技术实现的一个难点就是怎样利用硬件实现对光信号的调制，即如 何实现各像元的光信号按照编码矩阵中的元素以特定的方式进行组合。
一幅图像中的三个像元 X1, X2 , X3，在第一次组合测量时选择了像元 X2 和像元 X3 的组合，它的具体实现方式是制作一个模板，让像元 X1的光信号不能通过模板，像元 X2和像元 X3 的光信号能通过模板，该模板可以看作是一块不透光的木板，在像元 X1上方是遮挡的，在像元 X2和像元 X3 上方钻了两个小孔使得像元 X2和像元 X3 的光信号可以透过模板，其他两次的组合测量过程与第一次的组合测量过程情况类似。在技术上实现对各个像元进行编码以达到不同的组合测量目的就是要找到这样的编码模板来做编码元器件，一幅n 像素的图像需要准确的探测到n 个像元的光信号强度，也就是需要进行n 次
组合测量，需要n 块模板，每一次使用的模板都不相同，如果图像像素比较大，那么需要的不同编码模板的数量将会非常大，这给编码模板的制作带来了一个难题。制作一个器件来实现不同的编码模板，我们称这种器件为编码元器件(编码模板)。在编码元器件的发展过程中出现了三种有代表性的器件，可以称之为第一代编码元器件、第二代编码元器件和第三代编码元器件。
第一代编码元器件是利用电机提供动力的机械式运动模板。机械式运动模板的制作是在不透光的平面材料上进行打孔，使得一块平面上出现透光和遮光两种状态，这两种状态对应的编码矩阵元素为 1 和 0。固有缺陷，首先机械运动采用的是电机驱动，在实验过程中存在机械运动故障的可能和机械传动误差的产生；其次，机械式运动模板是用实际的平面材料制作而成，由于拍摄普通像素的图像同样需要多块模板来完成，不可能制作这么多不同的模板，因此必须要使用循环矩阵编码来减少模板制作的工作，这样就大大限制了编码矩阵的选择。这也是为什么后来哈达玛变换光谱仪中大多数采用循环矩阵 S 矩阵编码的原因之一，因为早期的编码矩阵都是选择容易实现的循环矩阵。
第二代编码元器件为利用液晶分子的特殊光学性质而制作的液晶空间光调制器。液晶空间光调制器使用的是液晶材料，液晶材料在不同的方向和强度的电场作用下会出现不同的排列形态，也就是说电场会使得液晶分子的排列方向发生改变，根据液晶分子的特性，液晶分子的排列方向会改变它的光学特性，使得液晶分子层出现透光和遮光两种状态，这样就可以用来实现编码矩阵中元素 1 和元素 0 对应的两种状态。第二代编码元器件液晶空间光调制器相对于第一代编码元器件机械式运动模板的优点是很明显的，首先液晶空间光调制器通过集成电路来精准控制液晶分子的排列状态来实现光信号的调制，这样只需要一块液晶材料，液晶材料的重用使得一块材料可实现多个模板，不仅节省材料而且使得控制简单；其次通过集成电路控制模板的切换，使得编码速度大大提升，成像速度更快。但是液晶空间光调制器也有一些缺点，首先由于液晶分子固有的物理特性使得它对光的吸收或者透光并不是很彻底，这就导致了液晶阵列不能完全彻底的实现编码矩阵中元素 0和元素 1 对应的遮光和透光两种状态，在这一方面第二代编码元器件没有比第一代编码元器件对光信号的编码调制更准确甚至比第一代编码元器件差；其次由于液晶材料的固有特性使得液晶的状态并不是固定在某个状态，不是理想中的静态，它还有动态特性，这会使得液晶材料会对光信号产生一定的影响，会影响成像质量，尤其是在光谱仪的应用中，这些特点甚至会使得光谱有一定程度的扭曲。
第三代编码元器件为利用 FPGA 电路板控制微小镜面翻转的数字微镜器件DMD。数字微镜器件的本质是由很多个微小反射镜组成的，它采用了微电子机械系统的生产工艺将这些反射镜集成到一块基片上，DMD 上面的每个微镜都非常小，为边长十几微米的正方形，微镜与微镜之间的缝隙小于一微米，当光照射到微镜上面时微镜会出现翻转将光反射出去。DMD 上面的微镜会有两个翻转状态，与翻转轴成+120和−120 ，它们可以将光信号反射到两个不同的地方，在做实验进行多个像元光信号的组合测量时，被选择的像元都反射到一个方向，在这个方向使用聚焦透镜和探测器对这些像元的光信号进行收集，没被选择的像元都反射到另外一个方向，因此控制 DMD 上面的每个微镜的偏转可以实现按照编码矩阵中的+1 和 0 两个元素对各个像元的光信号实行编码使其反射到探测器之内或者探测器之外两种状态[42]。控制 DMD 上面微镜的翻转是由数字集成电路来完成的。数字微镜器件由于是利用全反射镜来调制光路的，因此光信号几乎不损失。除此之外 DMD 的控制技术非常成熟，使用一块 DMD 可以实现多个模板，并且转换速度极快，利用数字集成电路来控制 DMD 微镜准确而高效。但是微镜之间的缝隙可能使得光信号不能全部被微镜反射，会出现少量的漏光问题，从而影响成像质量。
