獨立于高光譜平臺，光學傳感器在數(shù)據(jù)采集中扮演著最重要的角色。在本節(jié)中，本文介紹了高光譜相機所需的傳感器規(guī)格。

光譜響應范圍

與傳統(tǒng)的RGB成像相比，高光譜相機的主要優(yōu)勢在于能夠在更寬的光譜響應范圍內(nèi)以更高分辨率的光譜捕獲更多細節(jié)。借助CCD和CMOS圖像傳感器等硅技術(shù)，可以在可見光和近紅外范圍(從400 nm至1100 nm波長)中檢測出肉制品中的變色和一些異物。但是，使用反射成像方法檢測肉的水分含量(嫩度)需要900至1700 nm的光譜范圍。在此波長范圍內(nèi)，CCD和CMOS傳感器沒有足夠的響應，而標準的InGaAs技術(shù)可以以相當可觀的成本實現(xiàn)超過70%的量子效率。

作為另一個示例，檢測牛肉中的脂肪酸需要1000至2300 nm的光譜范圍。借助擴展的InGaAs技術(shù)，該傳感器可以檢測900 nm至2.5 μm的波長，使其適用于1.7 μm以上的高光譜成像。作為可以提供擴展波長的InGaAs圖像傳感器的少數(shù)供應商之一，濱松光電公司發(fā)布了一系列QVGA InGaAs區(qū)域圖像傳感器，其截止波長為1.7 μm， 1.9 μm，2.2 μm和2.5 μm。

動態(tài)范圍

光學傳感器的動態(tài)范圍對于在寬光譜范圍內(nèi)獲取信息非常重要，尤其是在部署推掃技術(shù)進行圖像獲取時。推掃式攝像頭可以同時捕獲一整條圖像線和光譜信息，并且可以將所有波長的曝光時間設置為一個值，因此傳感器需要具有足夠的動態(tài)范圍以獲取非常低的信號和整個光譜中的峰值信號。動態(tài)范圍取決于讀出噪聲和傳感器的飽和度。讀出的噪聲通常確定傳感器可以檢測到的最小信號電平。例如，要達到1.2V飽和輸出電平下的1500動態(tài)范圍，就需要800 μV rms的讀出噪聲，這對于CMOS ROIC設計而言并不容易。長時間曝光 需要考慮暗電流散粒噪聲，特別是在使用擴展的InGaAs時。例如，在相同的像素格式下，如果標準InGaAs傳感器(1.7 μm截止波長)的暗電流指定為0.03 pA，則擴展的InGaAs傳感器(2.5 μm截止波長)的暗電流可以指定為30 pA。

靈敏度

與可以將曝光時間設置為0?30秒的傳統(tǒng)光譜相比，高光譜相機的曝光時間必須足夠短(有時以毫秒為單位，甚至是微秒，范圍)，以避免任何波長下的飽和，這可能導致曝光不足如果傳感器在任何波長下都不具有足夠的靈敏度，則某些光譜帶的光譜會降低，并且光譜測量的準確性會降低。傳感器的靈敏度包括光電二極管陣列的光電靈敏度和片上讀出電路的電荷電壓轉(zhuǎn)換增益。然而，讀出噪聲水平通常隨著靈敏度的增加而增加。使用區(qū)域掃描高光譜相機技術(shù)，可以為每個波長設置合適的曝光時間或片上增益。例如，可以為低信號范圍設置較長的曝光時間或較高的轉(zhuǎn)換增益，可以為強信號范圍設置較短的曝光時間或較低的轉(zhuǎn)換增益，以便在整個波長范圍內(nèi)獲得平滑的輸出光譜。

作為最流行的高光譜成像方法，pushbroom方法以按行帶狀交錯(BIL)的格式存儲高光譜數(shù)據(jù)立方體-一種在一個方向上連續(xù)掃描的方案。因此，線掃式攝像機特別適合在工業(yè)過程中常用的傳送帶系統(tǒng)，例如食品質(zhì)量和安全檢查，回收工廠的分類以及藥品標簽和包裝。對于具有快速移動物體的應用，快速采集變得至關(guān)重要。不僅曝光時間短，而且傳感器設計的體系結(jié)構(gòu)都可以提高讀出速度。例如，片上采樣保持電路啟用“邊讀取邊積分”(IWR)功能，因此傳感器可以在第二行曝光時開始讀取第二行曝光，同時讀取整條線(來自前一次曝光的數(shù)據(jù))。

區(qū)域掃描方法可以在一系列波長中記錄空間和光譜信息，因此對于快速成像應用很有吸引力，但是區(qū)域掃描相機不適合需要移動樣本測量的應用。濱松光電制造的區(qū)域圖像傳感器具有列平行結(jié)構(gòu)和部分讀出(ROI)功能，不僅可以按像素數(shù)量成比例地縮短讀出時間，而且可以節(jié)省數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理工作。