为了将高光谱遥感技术定性的用于植被重金属污染监测研究,从盆栽实验采集的反射率光谱数据方面进行研究。在实验室室内设置不同胁迫浓度的重金属铜铅玉米盆栽实验,测定了不同浓度Cu2+和Pb2+胁迫下玉米叶片的反射率光谱和Cu2+和Pb2+含量等有关铜铅污染玉米的基础数据,形成了关于重金属铜铅污染玉米植株的一套完整的数据集。首先,因为不同浓度Cu2+和Pb2+胁迫下玉米叶片的反射率光谱仍然具有非常高的相似性,并且传统的光谱测度方法很难将其区分。本文结合兰氏距离（LD）、包络线去除（CR）、光谱信息散度（SID）、光谱相关角（SCA）以及正切函数（Tan）,提出了一种测度光谱相似性的LD-CR-SIDSCAtan模型,将其与传统的光谱测度方法,如光谱相关系数（SCC）、光谱角（SA）、微分光谱角（DSA）、光谱信息散度-光谱相关角正切(SIDSAMtan)、光谱信息散度-光谱梯度角正切(SIDSGAtan)和常规的光谱特征参数,如红边最大值（MR）、绿峰高度（GH）、红边一阶微分包围面积（FAR）、红边一阶微分曲线陡峭度（FCDR）、蓝边（DB）、红谷吸收深度（RD）相比较,验证了该模型的优越性和可行性。并且将LD-CR-SIDSCAtan模型应用于不同浓度下Cu2+和Pb2+胁迫的玉米叶片的整体波形和子波段的光谱差异信息的测度上。结果表明,LD-CR-SIDSCAtan模型实现了重金属Cu2+和Pb2+污染的定性分析,能够测度光谱相关系数达到0.99以上的相似光谱之间的差异信息,波形差异信息与叶片测得的叶绿素相对含量和重金属Cu2+和Pb2+相对含量显著相关,也分别找到了重金属Cu2+和Pb2+胁迫下的光谱响应波段。在测度光谱数据的整个波段区间范围时,模型值为负值时的光谱差异要比模型值为正值时更加明显;在模型值为正值时,如果数值越大,光谱的差异性也越大。因此,随着重金属Cu2+和Pb2+浓度的增加,光谱的差异增大,意味着重金属Cu2+和Pb2+污染程度更为严重;玉米植株受到重金属Cu2+胁迫污染,在测度光谱数据的局部子波段区间范围时,“蓝边”、“红边”、“近谷”、“近峰B”处对重金属Cu2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Cu2+污染程度的有效波段;当玉米植株受到重金属Pb2+胁迫污染时,在“紫谷”、“蓝边”、“黄边”、“红谷”、“红边”、“近峰A”处对重金属Pb2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Pb2+污染程度的有效波段。然后,植被指数可以有效的指示植被的生长发育状况,在植物受到污染物胁迫时,植物叶片反射光谱会发生特征变化,应用植物光谱响应监测土壤中度和轻度污染正日益受到环境科学工作者的关注。植被指数对反射特征的高度敏感表明高光谱遥感监测重金属污染的可能性。研究提出了一种铜铅探测指数（Copper Lead Detection Index,CLDI）,实现了不同培育期的两种玉米品种的重金属铜铅胁迫监测,从而为当前植被重金属污染探测提供了新的思路。结果表明,CLDI与Cu2+和Pb2+胁迫浓度相关性显著,与其他植被指数相比,相关性更高。提出的CLDI探测铜铅胁迫下不同品种不同时期的玉米污染程度,具有计算方便,鲁棒性,高效性、普适性的优点。本次研究基于实验室叶片尺度,可为冠层尺度的重金属胁迫监测提供理论基础。最后,时频分析方法在高光谱遥感植被重金属污染监测和有机质含量反演研究中具有很好的应用效果。时频分析方法可以把非平稳信号的时域与频率分析结合起来,既反映了信号的频率内容,也反映了频率内容随时间变化的规律。根据玉米的生长过程,从老叶（O）、中叶（M）、新叶（N）光谱的全波段和子波段角度进行研究,结合时频分析方法提出叶片光谱的变异特征参数,确定变异特征参数与叶片重金属含量的相关关系,探寻对重金属Cu2+、Pb2+胁迫污染响应特别敏感的叶片类型和子波段区间。最后结合二阶微分（DD）、包络线去除（CR）、Daubechies小波（Db）以及Choi-Williams分布（CW）构建新的叶片光谱变换方法,DDCR-Db-CW变换,区分不同重金属元素污染类别。