矿物定量信息的获取，具有重要的经济和科学价值，对人类文明的延续和长远发展意义重大。高光谱遥感在矿物定量反演中具有无可取代的优势和巨大潜力，但在实际生产中还没有发挥其应有的作用，其根源在于高光谱矿物定量反演中的不确定因素，具体包括矿物光谱成因的不确定性、矿物光谱解混精度的不确定性以及矿物吸收特征提取的不确定性等等。本文紧扣这一国际难点问题，从矿物类型等五个方面系统分析了矿物光谱成因，进而从光谱解混和吸收特征提取两个角度出发，对高光谱矿物定量反演精度中的三个影响因素，即光谱解混模型、光谱位置、吸收特征提取方法开展探索研究，发展了新的高光谱矿物定量反演模型算法，提高了反演精度，为将来基于星空地及深空探测等多平台高光谱数据准确获取矿物成分含量，以及基于矿物含量开展成矿预测、行星地质演化、矿山环境修复等重要课题的研究奠定了基础。本文得到以下主要结论和成果:　　(1)从矿物类型因素、矿物化学因素、矿物物理因素、矿物光谱观测因素以及矿物光谱混合因素五个方面系统分析了矿物光谱的成因，明确了各方面因素之间的相关性，其中矿物光谱混合因素是目前高光谱矿物定量反演的主要理论基础和思路来源。　　(2)针对无地面采样点验证情况下的解混模型精度评估需求，总结了混合反射率光谱重建的概念，并提出从光谱维、空间维和综合维对混合反射率重建结果进行全方位分析，建立较为完善的光谱解混模型精度评估体系。基于精细定量配比的矿物粉末混合物光谱，研究了混合光谱重建误差和解混精度之间的关系，实验结果表明两者具有较高的关联性，使用混合反射率重建精度来评估解混模型的精度具有较高可行性。　　(3)基于对矿物光谱解混算法和物理模型分析，提出了新的自然对数-包络线去除模型(LCR)。与线性模型、自然对数模型、包络线去除模型以及简化Hapke模型等现存模型相比，该模型在矿物粉末混合光谱和航空高光谱数据处理中表现同样出色，在光谱维、空间维以及综合维等不同维度的光谱重建精度分析中都获得了最高的精度，其结果受大气校正因素影响也最小，因此在高光谱矿物定量反演中有非常大的潜力。　　(4)基于化学透过率分析中的比值导数法和遥感反射率光谱线性混合模型，首次提出了比值导数光谱解混模型，并基于该模型进行了光谱位置对于高光谱定量反演精度的研究。对矿物粉末混合光谱处理结果表明，端元矿物吸收特征对不同光谱位置解混精度有较大影响，并且精度高的波段分布在端元矿物特征吸收谷附近的陡坡或反射率光谱交点处。　　(5)针对目前混合光谱中矿物吸收特征无法有效提取的现状，基于对以包络线去除为代表的背景去除算法机理进行了深入剖析，利用坐标系转换的创新思路提出一种参考背景光谱去除技术。该算法基于参考光谱波形在原始光谱节点间拟合出特定的背景光谱，并通过背景光谱去除处理消除背景成分当中重叠特征的干扰，提取出纯净的目标物吸收特征。　　(6)采用参考背景光谱去除算法对矿物粉末混合物光谱和航空高光谱数据进行处理，得出该算法在吸收特征参量提取中有如下优点:1）能够从混合光谱中提取出准确的目标物吸收中心波长和吸收宽度，且不受成分丰度含量高低的影响;2）提取的吸收深度与目标物成分丰度含量呈强线性相关，对于定量反演有非常大的潜力;3）能够有效提取特征吸收波形，结合光谱角距离等光谱匹配方法能够有效识别特定矿物成分。