高光谱相机的成像传感器类型、原理和优点

成像传感器是高光谱成像系统的核心，负责探测入射到其上的光辐射，并将其转换为电信号。常用的传感器类型主要有：

推扫式（Pushbroom）传感器：

工作原理

扫描镜按一定的速度在垂直于光轴方向上扫描（推扫），同时景物通过物镜成像在传感器焦平面上的二维成像阵列（如 CCD或CMOS）上。每个像元（Pixel）对应一个特定的光谱通道。

优点

瞬时视场（IFOV）大，数据获取速度快，适用于大范围场景成像。

缺点

可能存在行间间隙，需要复杂的扫描控制。

常见器件

采用面阵CCD或 CMOS传感器，每个像素集成一个或多个光谱滤光片（如光栅分光）或通过机械光栅分光。

扫描式（Scanning）传感器：

工作原理

传感器本身固定不动，通过高速旋转的光栅（Prism or Grating）将来自景物的多色光按不同波长分离开，然后依次成像到一维线列探测器（如CCD或CMOS）上。

优点

光谱和空间信息同时获取（可采用推扫或凝视方式），信噪比较高。

缺点

机械结构复杂，数据获取速度相对较慢。

常见器件

采用像元外分光设计，即每个空间像元对应一个固定的光谱通道。高光谱成像传感器最关键的技术指标是：光谱分辨率：指系统能够分辨的最小波长间隔，通常由光学系统的光柵/棱镜和滤光片决定。

空间分辨率

指内容像中能够分辨的最小物体尺寸，由传感器像素的大小和光学系统的焦距决定。

光谱分辨率

指系统能够探测到的光谱通道数量。一个高光谱内容像通常可以表示为一个三维数据立方体，其维度为：ext数据立方体=（ext空间行数imesext空间列数）imesext光谱通道数例如，一个512imes512像素的空间分辨率、拥有100个光谱通道（覆盖波长范围XXXnm，以10nm为间隔）的高光谱内容像，其数据量约为512imes512imes100=26，048，000个数据点。