高光谱成像基本原理之点扫描型高光谱成像技术

高光谱成像仪在对样本进行测量时，可以获得样本的图像信息及光谱信息，因此具有“图谱合一”的特点。其根据扫描方式及分光原理的不同，可以分为不同的类型。本文对高光谱成像基本原理之点扫描型高光谱成像技术做了介绍。

高光谱成像基本原理：

高光谱成像技术在多个领域的广泛应用，凭借的是其“图谱合一”的独特优势，以及光谱分辨率高、波段覆盖广等优点。其“图谱合一”体现为高光谱图像是同时具有图像（空间位置）信息和光谱信息的三维数据集（通常也称为3D数据立方体），包括一个两维空间维度（x，y）和一个一维光谱维度（λ），如下图所示。根据3D数据立方体采集方式的不同，高光谱成像通常可以分为点扫描型、线扫描型、凝视型（面扫描型或波长扫描型）和快照型四种。此外，根据分光原理的不同，也可以将其分为色散型、滤光片型和干涉型。

高光谱成像的基本原理可以理解为通过上述不同的采集方式和分光器件的组合实现对数据立方体的填充，从而获得完整的兼具空间和光谱信息的（x，y，λ）三维数据集。不同采集方式之间各有优点和不足，这决定了不同类型高光谱成像技术在不同领域中应用的适用性。

点扫描型高光谱成像技术：

点扫描型的高光谱成像技术是通过位移平台或振镜等机构对在目标物二维平面上进行逐点采集，来自空间位置（x，y）点上的入射光经过棱镜或光栅等色散分光元件后，再使用线阵探测器获取不同波长（λ）下的响应值。通过将平面上所有空间点进行拼接，从而得到目标物完整的高光谱图像，即包含全部空间和光谱信息（x，y，λ）的三维数据集。

点扫描型的高光谱成像技术通常能够得到较大视场范围，但因为其逐点扫描的成像方式，使得它的成像时间和高分辨率难以兼得，若提高扫描速度，凝视每一个空间点的时间就会相应变短，一般需要牺牲一定的光谱和空间分辨率和信噪比。反之，想要获得较高分辨和信噪比的高光谱数据，则会消耗大量的采集时间。此外，点扫描的方式所需的扫描机构使得整个成像系统变得复杂，且需要提供相对稳定的扫描成像环境，所以该类型的仪器除了早期应用于遥感领域外，更多的是在实验室条件下使用。