迄今为止的遥感器，多为二维成像系统。航空照相机通过快门一次开启，使目标波谱反射辐射能量同时在平面分布的感光材料上形成二维模拟图像；光机扫描仪（或线阵CCD推扫仪）采用探测器件或CCD线阵，随扫描镜的旋转逐个成像为像元，由若干个像元（一次旋转）组成一维阵图像或通过快门开启一次线阵CCD各元素同时成一维阵图像，靠飞行器运动完成二维数字成像。面阵CCD与航空照相机一样，只不过用面阵CCD替代感光材料承影面，而形成二维数字图像。侧视成像雷达（SAR）也是在距离向的波束式一次获取一维数据，靠飞行器运动完成方位向的移动，最终成为二维数字图像等等。
从二维图像为基础获取三维数字图像信息，则需要通过立体观测方式、相位干涉方式或其他复杂技术途径重建三维数字图像。这种重建过程是个处理技术要求较高、过程繁琐的技术作业过程。
三维数字成像系统是一种在获取地面目标多波段光谱反射辐射能量信息的同时，同步地获取与对地定位（X，Y，Z）有关的各种数据与参数，通过同步地简单计算或事后准实时处理，使数字图像中由地面目标多波段光谱能量信息构成的每个像元都含有三维地理坐标值（X，Y，Z）。像元的波谱能量信息、地理坐标信息是在实时与准实时效率下同步完成的，特称这样的遥感器系统为三维数字成像系统。三维是指地理坐标空间的X、Y、Z坐标三维，二维是指仅有地理坐标空间的X、Y两方向的阵列。
当今，直接获取地面数字高程模型的技术系统已有很多，上述的三维数字成像系统实属罕见。光学三维数字成像系统以中国863计划308主题研制的机载三维成像仪为代表；微波三维数字成像系统中干涉侧视雷达（INSAR）具有此功能。机载三维成像仪的遥感图像对地定位精度已达平面2～3米，高程0.4～1.2米，相当于1∶1万比例尺地形图精度；INSAR尚需作出努力以确定其精度、效率等级及波段数。
可以预见，三维数字成像系统依靠新型集成型系统设计原理所体现的高效率特点，在“动态监测”日益成为世人共识的情况下，必将是遥感对地观测技术系统的发展方向，成为实现数字地球的新技术手段之一。