光譜相機的光電信號轉換是將分光后的光學信息轉化為可處理的數字信號的核心環節，具體分為以下關鍵步驟：

一、分光后光信號接收與光電轉換

?分光元件作用?

光柵/棱鏡/濾光片等分光元件將入射光分解為不同波長單色光，投射至探測器陣列表面。

不同波長的光由對應光譜敏感的探測器像元接收（如硅基探測器用于可見光，InGaAs或MCT用于紅外波段）。

?光電轉換原理?

?電荷生成?：探測器表面的光電二極管受光照射時，光子能量激發電子-空穴對，電荷量與入射光強度呈正比。

?材料適配?：

硅基CMOS/CCD：覆蓋400-1000nm可見光-近紅外波段。

InGaAs傳感器：支持900-1700nm短波紅外探測（如塑料分選場景）。

二、信號積累與讀出

?電荷積累控制?

曝光時間內，光電二極管持續積累電荷，曝光時長由應用場景決定（如工業檢測＜10ms，遙感成像＞100ms）。

?電荷轉移與電壓轉換?

?行轉移電路?：通過控制電路逐行讀取電荷，避免相鄰像元信號串擾。

?電荷-電壓轉換?：電荷經放大器轉換為電壓信號，增益可調以適配不同光強范圍。

三、數字化處理與數據組織

?模數轉換（ADC）?

電壓信號輸入高速ADC（如14位精度），量化生成數字信號，動態范圍＞70dB。

典型數據傳輸速率達1Gbps，支持高分辨率實時成像（如2048×1088@30fps）。

?數據立方體構建?

數字信號按空間坐標（x,y）和波長（λ）維度排列，形成三維數據立方體（如500×500像素×200波段）。

數據預處理包括：

?暗電流校準?：扣除無光照時的基底噪聲。

?平場校正?：消除光學系統不均勻性對光譜強度的影響。

四、性能優化技術

?低噪聲設計?

冷卻型探測器（-20℃）降低熱噪聲，信噪比（SNR）提升50%。

雙相關采樣（CDS）電路抑制復位噪聲，適用于微弱光信號檢測。

?動態范圍擴展?

多斜率積分技術實現＞120dB動態范圍，兼顧強反射與弱吸收區域信號捕獲。

五、匯能感知光譜相機

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