高光谱成像仪CCD传感器和CMOS传感器性能比较

传感器是高光谱成像仪重要的组成部分，CCD和CMOS是高光谱成像仪最为常用的两种图像传感器，二者都是利用光敏二极管的感光原理进行光电转换。那么，二者之间有什么区别？本文对高光谱成像仪CCD传感器和CMOS传感器性能做了比较。

高光谱成像仪CCD传感器和CMOS传感器工作原理：

CCD和CMOS传感器是目前光谱成像中主要使用的两种探测器。二者都是利用光敏二极管的感光原理进行光电转换，除了制造工艺外CCD 和CMOS的主要差别在于电荷读出的方式。CCD和CMOS探测器的工作原理示意如下图所示，CCD的信号电荷到达读出端口之前需要经过多次的转移，然后在读出端口将信号电荷转换成电压值读出，CMOS 直接在像元内部将信号电荷转换为电压值，然后每一个像素通过X-Y坐标系选通后直接读出。

高光谱成像仪CCD传感器和CMOS传感器性能比较：

在用于光谱成像时，CCD相对于CMOS探测器主要存在以下几方面的优势：

1.光学填充因子高

高分辨率的高光谱成像仪对探测器有着较高的感光能力需求。CMOS的像元上集成了寻址寄存器、放大器等部件，光填充因子较低，虽然可以采用加装微透镜或提高光刻技术的方法加以改善，但工艺复杂性随之大大提高，削弱了CMOS图像传感器的成本优势，且光学填充率始终不可能达到100%。相比之下，CCD探测器的光学填充率通常都能够达到100%，在相同的像元尺寸下感光能力更强。

2.量子效率曲线平滑

COMS器件在由于制造工艺和芯片结构的原因，通常量子效率曲线会出现类似震荡的线型。光谱响应的不平滑性在目标光谱识别上会带来很大障碍，在振荡谷底处波段的信噪比会降低，严重影响了光谱图像的质量和应用价值。而CCD器件制作工艺避免了光谱震荡的问题，光谱响应曲线较为平滑。

3.动态范围大

CMOS探测器由于像元集成度高，内部线路复杂和工艺不完善等原因造成较大的固定图像噪声和读出噪声，影响了探测器动态范围。而CCD的制作工艺更为完善，暗电流较小，采用电荷转移读出机制，像元经过多次转移从相同的读出放大器端口读出，像元的输出信号均匀性较好且总的噪声可以很好的控制，在相同的满阱容量下动态范围更大。