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高光谱遥感最先是由地质学家们在研究矿物和岩石的光谱特性时提出来的，地质应用可谓是高光谱遥感应用最早也是最成功的领域，但其并非已经很成熟和完善了，仍然在很多方面不能够满足地质应用的实际需求，如基于光谱诊断性特征的岩矿精细识别、地化信息的定量提取和地质小目标的探测和提取等，仍要求人们深化对光谱作用的机理及规律的认识，发展针对具体应用需求的技术和方法，进而提高地质遥感的技术能力。
本文总结了高光谱遥感地质研究现状，重点总结了光谱产生的机理和高光谱遥感岩矿信息提取的研究进展。在此基础上研究了岩石和矿物的光谱混合模型，进而分析了蚀变矿物组合的光谱特征，研究信息识别和提取的方法，建立了基于蚀变矿物组合混合光谱的岩矿信息提取方法，并做具体的应用示例。最后针对蚀变岩识别和提取进行目标探测算法研究，并根据地质应用的特点建立合适的目标探测策略，应用于高植被覆盖区和裸露区的蚀变信息提取。论文的主要研究内容和成果如下：
(1)在对线性混合模型和非线性混合模型研究的基础上，提出了基于Hapke和Shkuratov混合理论的光谱模拟模型，其模拟结果明显优于线性混合模型的模拟结果，并得到实验验证。针对不透明矿物提出单次散射反照率的近似求取方法，使Hapke模型适用于含有不透明矿物的矿物混合物(岩石或土壤)的光谱模拟。所提出的混合光谱模拟模型将有助于建立岩石和矿物的二向反射率光谱库，并可应用于月球或其他行星的光谱模拟。
(2)利用高空间分辨率的全色相机和多光谱成像光谱系统，结合ASD光谱仪，设计了混合光谱测量实验，为光谱混合模型研究提供了思路，此实验思路可以进一步应用于航空平台的实验。结合线性混合模型和非线性混合模型，针对遥感数据混合像元特点，提出低空间分辨率的遥感图像混合像元光谱模拟模型，可以应用于图像混合光谱模拟，如接触蚀变带的图像光谱模拟。
(3)在对典型围岩蚀变的矿物组成及其光谱特征分析的基础上，针对岩矿信息特别是蚀变信息的提取，提出了面向目标的提取思路，即目标光谱模拟…光谱特征分析和光谱匹配…权重函数判决的三步提取策略，并成功地应用于Cuprite矿区蚀变带的提取，实验证明目标的光谱模拟和权重函数综合判决可以大大提高识别的精度和可信度。利用地面实测光谱，基于蚀变带组合的光谱进行了包古图地区光谱地质剖面图的制作，研究了如何从光谱剖面升级到光谱地质剖面的方法，结果证明在光谱分辨率和信噪比满足的情况下，可以实现蚀变组合的精细识别和填图。针对ASTER遥感数据光谱和空间分辨率都比较低的特点，提出光谱匹配和彩色合成相结合的岩矿信息提取方案，克服了光谱比值和光谱变换的缺点，岩体和蚀变信息得到了增强。
(4)针对地质目标提取的特点，集中研究了目标已知而背景未知的目标探测算法，包括正交子空间投影算法(OSP)、约束能量最小化算法(CEM)、ACE和AMF探测算法和椭圆形轮廓分布探测算法(ECD)，深入分析了其进行目标探测的原理和算法效能的影响因素，并提出改进策略，即引入综合权重函数加权自相关矩阵(协方差矩阵)的思想，使目标探测算法不仅能够识别小目标，也能够识别大目标。通过不同类型研究区的地质小目标的探测实验，优选出了适用于不同背景下地质目标提取的目标探测算法，结果表明对于地质小目标的提取，应首选ACE、AMF算法，其次为CEM。