空间扫描型光谱成像技术的类型及原理

空间扫描型即利用探测器阵列记录一维光谱和一维空间信息，通过空间上机械运动弥补另一维空间信息的缺失。其实现方式包括点扫描与线扫描，其中线扫描又包括推扫式、摆扫式及自旋式。本文对空间扫描型光谱成像技术不同类型的原理做了介绍。

点扫式光谱成像技术原理：

点扫式光谱成像以像素点为扫描单位，探测器仅用于捕获单点的光谱信号。沿两个空间维度（X和Y）逐点移动探测器或样品，可实现对整个二维空间平面的信息采集。拍摄所得光谱立方体以像素带交错格式（BIP）存储，该格式能实现各个像素点的精准光谱提取，也具备相对最高的检测精度。不过，由于点扫描需要沿两个维度进行往复扫描，故其完成测量的时间成本非常高，也在一定程度上限制了其应用范围。

推扫式光谱成像技术原理：

作为线扫描方式中最常见的实现形式，推扫式光谱成像充分地利用了探测器阵列的两个维度，即一维用于空间成像，另一维用于光谱探测。推扫式的实现依赖于探测模块与被测对象间的相对平移扫描，也是线扫描中最容易实现的方式。根据测量场景的需要，推扫可包括机载推扫、车载推扫、手持推扫、高精度位移平台推扫等实现形式，它们面向不同的视场及分辨率需求，且易于在不同场景下完成模式切换。因其便捷的实现方式，以及分辨率、视场范围、成像速率上折中的优势，推扫式光谱成像已被广泛应用于如原位监测、食品评估、医学诊断等领域。

摆扫式光谱成像技术原理：

推扫式成像需要保证探测模块与被测样品间相对平移运动，在面对较大测量范围时往往因移动平台的量程不够或扫描空间的限制而无能为力，而摆扫式光谱成像技术在大视场扫描应用中有着重要价值。其工作方式为：狭缝对准空间范围内某条线区域，控制线区域以扫帚摆扫的方式实现对整个平面的探测，通常通过振镜的扫描运动实现该摆扫过程。

自旋式光谱成像技术原理：

以狭缝所在线区域中心为原点，成像系统进行自旋式扫描，可实现镜头对焦区域的全平面光谱成像。该模式依赖于一旋转台，同时狭缝选择线区域到待测对象的距离始终保持不变，能很好地节约空间成本。当成像镜头为宽场镜头时，系统能够对宏观大范围区域进行清晰的光谱成像。不过该扫描模式仍旧存在一定的局限性，即探测范围不能超过成像物镜的视场，故使用该模式前，需要对应用对象和测量区域进行理性的评估。自旋式扫描也不单单局限于系统的自旋转动，待测样品同样也可相对系统实现自旋。当被测对象具有空间立体特征时，通过旋转待测样品便可实现狭缝所选线区域的相对扫描，完成对空间立体样品的全方位测量。这种立体对象自旋的方式同样可以推广到三维测量领域，即通过线扫描获取立体对象的三维空间结构。