傳感器是高光譜成像儀重要的組成部分，CCD和CMOS是高光譜成像儀最為常用的兩種圖像傳感器，二者都是利用光敏二極管的感光原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。那么，二者之間有什么區(qū)別？本文對(duì)高光譜成像儀CCD傳感器和CMOS傳感器性能做了比較。

高光譜成像儀CCD傳感器和CMOS傳感器工作原理：

CCD和CMOS傳感器是目前光譜成像中主要使用的兩種探測(cè)器。二者都是利用光敏二極管的感光原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，除了制造工藝外CCD 和CMOS的主要差別在于電荷讀出的方式。CCD和CMOS探測(cè)器的工作原理示意如下圖所示，CCD的信號(hào)電荷到達(dá)讀出端口之前需要經(jīng)過(guò)多次的轉(zhuǎn)移，然后在讀出端口將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓值讀出，CMOS 直接在像元內(nèi)部將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓值，然后每一個(gè)像素通過(guò)X-Y坐標(biāo)系選通后直接讀出。

高光譜成像儀CCD傳感器和CMOS傳感器性能比較：

在用于光譜成像時(shí)，CCD相對(duì)于CMOS探測(cè)器主要存在以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

1.光學(xué)填充因子高

高分辨率的高光譜成像儀對(duì)探測(cè)器有著較高的感光能力需求。CMOS的像元上集成了尋址寄存器、放大器等部件，光填充因子較低，雖然可以采用加裝微透鏡或提高光刻技術(shù)的方法加以改善，但工藝復(fù)雜性隨之大大提高，削弱了CMOS圖像傳感器的成本優(yōu)勢(shì)，且光學(xué)填充率始終不可能達(dá)到100%。相比之下，CCD探測(cè)器的光學(xué)填充率通常都能夠達(dá)到100%，在相同的像元尺寸下感光能力更強(qiáng)。

2.量子效率曲線平滑

COMS器件在由于制造工藝和芯片結(jié)構(gòu)的原因，通常量子效率曲線會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似震蕩的線型。光譜響應(yīng)的不平滑性在目標(biāo)光譜識(shí)別上會(huì)帶來(lái)很大障礙，在振蕩谷底處波段的信噪比會(huì)降低，嚴(yán)重影響了光譜圖像的質(zhì)量和應(yīng)用價(jià)值。而CCD器件制作工藝避免了光譜震蕩的問(wèn)題，光譜響應(yīng)曲線較為平滑。

3.動(dòng)態(tài)范圍大

CMOS探測(cè)器由于像元集成度高，內(nèi)部線路復(fù)雜和工藝不完善等原因造成較大的固定圖像噪聲和讀出噪聲，影響了探測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍。而CCD的制作工藝更為完善，暗電流較小，采用電荷轉(zhuǎn)移讀出機(jī)制，像元經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)移從相同的讀出放大器端口讀出，像元的輸出信號(hào)均勻性較好且總的噪聲可以很好的控制，在相同的滿(mǎn)阱容量下動(dòng)態(tài)范圍更大。