非线性光谱混合模型（nonlinear spectral mixing model），工学-测绘学-遥感-高光谱遥感-混合像素，用数学公式描述非线性结构的光谱混合分析的抽象结构。线性混合模型适用于本质上属于或者基本属于线性混合的地物，以及在大尺度上可以认为是线性混合的地物。但对于一些微观尺度上地物的精细光谱分析来说，就需要非线性混合的地物。当地物的空间结构复杂琐碎，例如存在石头或者树木散布于地表，光子很有可能经过多次散射才到达传感器。非线性光谱混合是由于地物间多次反射和散射造成的，因此，非线性光谱混合模型可以表示为端元与丰度的二次多项式形式：(1)式（1）中为非线性二次多项式函数；为大小为的像元光谱向量；为大小为的端元光谱矩阵；为的丰度向量；为图像中端元的数目；为噪声向量或者模型误差向量。Singer和McCord在研究火星表面时，首次提出了两端元的双线性混合模型：(2)(3)(4)式（2）中为哈达玛积（Hadamard）。上述模型中，可以把非线性项看作是第三个端元，因此，两端元的双线性混合模型也可看作一种特殊的线性混合模型。