高光譜成像儀作為一種精密的光學(xué)儀器，其最為核心的部件就是探測器，它主要用于將光電信息轉(zhuǎn)換為圖像信息。目前，常見的探測器類型有CCD、CMOS、EMCCD、sCMOS等。本文對高光譜成像儀探測器的類型及CCD探測器和CMOS探測器的區(qū)別做了介紹，對此感興趣的朋友不妨了解一下！

高光譜成像儀探測器的類型：

在高光譜成像系統(tǒng)中，圖像傳感器用來實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，它的選擇很重要。常見的探測器有CCD、CMOS、EMCCD、sCMOS。

CCD是一種電荷耦合器件，工作原理是將光信號通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化成電子，其成像區(qū)域與功能區(qū)域?qū)嶋H上是分離開的，因為像元會按照每一行的順序?qū)⑺占降碾娮觽鬏數(shù)焦餐妮敵錾?，再將電荷記錄成電壓暫時存儲在寄存器中，最后存儲在成像區(qū)域之外，CCD圖像傳感器具有高靈敏度。

CMOS是集成電路的一種，最早被稱為絕緣柵場效應(yīng)晶體管，在CMOS圖像傳感器中，在每一個像素上，電子轉(zhuǎn)換成電壓，可以將很多功能集成進(jìn)芯片，讀取圖像更靈活，但是其光敏單元在像元整體面積中所占比例較低。

EMCCD是一種高端光電探測產(chǎn)品，也叫做電子倍增CCD，是一種新興的微弱光信號增強(qiáng)探測技術(shù)，在CCD的基礎(chǔ)上增加了增益寄存器，光子通過寄存器，不斷撞擊器壁，因此，光生電荷的數(shù)量被放大，由此提高了CCD的感光靈敏度，同時降低讀出噪聲。

sCMOS是科學(xué)級CMOS，具有低噪聲、高幀頻和高動態(tài)范圍等優(yōu)點(diǎn)，是最新圖像傳感器技術(shù)，實質(zhì)上是CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的結(jié)合，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CCD和CMOS探測器。

前照式圖像傳感器適用于低照度的環(huán)境中，其結(jié)構(gòu)由微透鏡組、濾光鏡、電路層以及光電二極管組成，光線首先通過微透鏡組，經(jīng)過濾光鏡過濾成紅、綠、藍(lán)三種光，穿過電路層后，被光電二極管接收，因此形成彩色圖像，這些很多層狹小的電路層會對部分光線產(chǎn)生阻擋或者發(fā)生反射，對光線的利用率不到70%。背照式圖像傳感器與前照式圖像傳感器相比，是對背照式圖像傳感器的結(jié)構(gòu)做出調(diào)整，將電路層和光電二極管的位置互換，提高了背照式相機(jī)的光利用率，光幾乎不被阻擋和干擾，然后被光電二極管捕獲，背照式相機(jī)的靈敏度和信噪比也高于前照式相機(jī)，更適用于暗場工作環(huán)境。因此，本系統(tǒng)采用背照式相機(jī)。

背照式sCMOS科學(xué)相機(jī)的選擇主要是考慮探測器的像元數(shù)、像元尺寸、量子效率等。探測器的量子效率（QE）代表著光電器件的光電轉(zhuǎn)換能力，是指單位時間產(chǎn)生的光電子數(shù)目與入射光子數(shù)目的比值，當(dāng)其他條件相同的情況下，量子效率越高，可轉(zhuǎn)換為電信號越多，所獲得圖像的信噪比也就越高。

高光譜成像儀CCD探測器和CMOS探測器的區(qū)別：

作為兩種最為常用的圖像傳感器，CCD和CMOS之間有著諸多的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.結(jié)構(gòu)的不同

CCD傳感器中每一行中每一個像素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個像素都會鄰接一個放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。

2.靈敏度的比較

靈敏度代表傳感器的光敏單元收集光子產(chǎn)生電荷信號的能力。CCD圖像傳感器靈敏度較CMOS傳感器高30%-50%。這主要因為CCD像元耗盡區(qū)深度可達(dá)10mm，具有可見光及近紅外光譜段的完全收集能力，而CMOS的象元對紅光及近紅外光的吸收比較困難。

3.響應(yīng)速度

由于CCD采用了串行連續(xù)掃描的工作方式，可以一次性的讀出整行或者整列的數(shù)據(jù)。而CMOS采用的是單點(diǎn)信號傳輸?shù)姆绞?，通過簡單的二維坐標(biāo)平面尋址技術(shù)，可以對任意的象元讀出數(shù)據(jù)，故基于CMOS技術(shù)的圖像傳感器的信號傳輸速度較快。

4.噪聲比較

CCD有專屬的數(shù)據(jù)通道，可以保證信號傳輸?shù)牟皇д?，保證了圖像的完整性。而CMOS的每個象元都直接連接到AD轉(zhuǎn)換器上，沒有專門的通道可以使用，造成了噪點(diǎn)的增加，影響了到圖像的品質(zhì)。

5.成本比較

CCD傳感器的中一個象元的損壞就會導(dǎo)致整排或整列數(shù)據(jù)不能傳送，而CMOS圖像傳感器采用的是半導(dǎo)體電路常用的CMOS工藝，所以其周邊電路可以很容易的集成到芯片中，節(jié)省了成本。故CCD傳感器的成本要高于CMOS。

總的來說，雖然CCD和CMOS圖像傳感器在各方面的比較中各有優(yōu)勢，但是由于CCD傳感器在靈敏度和控制噪聲方面的優(yōu)越表現(xiàn)，使它逐漸成為了圖像傳感器的主流。