高光谱成像仪的扫描技术与探测技术解析

高光谱成像仪在对样本进行检测时，是一种无损检测，这种检测方法不仅可以获得样本的光谱信息，还可以获得样本的图像信息，对样本进行定性与定量的分析。本文对高光谱成像仪的扫描技术与探测技术做了简要的解析。

高光谱成像仪的扫描技术：

对于高光谱成像光谱仪来说，根据不同的工作模式，可以将其扫描技术分为点扫式高光谱成像、推扫式高光谱成像和凝视型高光谱成像。

点扫描式高光谱显微成像是对逐个像素点扫描成像，通过机械模块收集每个点的能量，经过色散模块进行分光，产生不同波长的辐射能量，再由线阵探测器接收。点扫式光谱成像可以获得较大的视场范围，数据稳定，但成像时间长。

推扫式高光谱显微成像中的探测器是面阵探测器，探测器接收的图像是二维数据，包括光谱信息和空间信息。像成像在狭缝处，狭缝透过一个成像行，该成像行的光经过分光元件后，光谱维展开并聚焦在探测器上，通过对二维运动平台的移动来记录空间维，线扫成面，完成图像的采集。推扫式高光谱成像结构简单，不需要复杂的扫描模块，体积小，重量轻。

凝视型高光谱成像的探测器也是面阵探测器，结构紧凑，在凝视型高光谱成像系统中，分光元件有可调谐滤波片分光和干涉型分光，需要通过一定时间的扫描获得完整的图像。系统中没有运动部件，但是对平台的稳定性要求较高，另外，因为进行波段的扫描，所以光谱信息不可以同时获取。

高光谱成像仪的探测技术：

在高光谱显微成像系统中，图像传感器用来实现光电转换，它的选择很重要。常见的探测器有CCD、CMOS、EMCCD、sCMOS。

CCD是一种电荷耦合器件，工作原理是将光信号通过光电效应转化成电子，其成像区域与功能区域实际上是分离开的，因为像元会按照每一行的顺序将所收集到的电子传输到共同的输出上，再将电荷记录成电压暂时存储在寄存器中，最后存储在成像区域之外，CCD 图像传感器具有高灵敏度。

CMOS是集成电路的一种，最早被称为绝缘栅场效应晶体管，在CMOS 图像传感器中，在每一个像素上，电子转换成电压，可以将很多功能集成进芯片，读取图像更灵活，但是其光敏单元在像元整体面积中所占比例较低。

EMCCD是一种高端光电探测产品，也叫做电子倍增CCD，是一种新兴的微弱光信号增强探测技术，在CCD的基础上增加了增益寄存器，光子通过寄存器，不断撞击器壁，因此，光生电荷的数量被放大，由此提高了CCD的感光灵敏度，同时降低读出噪声。

sCMOS 是科学级CMOS，具有低噪声、高帧频和高动态范围等优点，是最新图像传感器技术，实质上是CCD图像传感器和 CMOS 图像传感器的结合，其性能远远高于CCD和CMOS探测器。