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高光谱成像技术往轻量化、小型化、低功耗等方向发展已经成为促进社会发展的重要需求,同时轻小型化的高光谱成像产品也能给社会带来巨大的商业价值。而CMOS探测器的较高集成度,能大大简化外围电路设计,用于光谱成像系统而使系统获得轻量化、小型化、低功耗等技术优势,并且能够适用于新兴发展的小型无人机载荷平台。本文基于CMOS图像传感器的工作原理及性能特点,阐释了背照式CMOS探测器由于近100%的高像元填充率而拥有用于高光谱成像系统的灵敏度优势。同时,介绍了滤光片、棱镜、光栅三种分光方式的原理及各自的适用环境。CMOS光谱成像系统的评估指标有光谱分辨率、空间分辨率、信噪比、动态范围等,而基于CMOS探测器的特殊性,基于CMOS探测器的高光谱成像系统的性能不能一概而论,应结合具体应用环境进行各指标参数的综合评估。本文基于E2V公司的商用CMOS探测器EV76C661进行了成像电子学部分的研究,并搭配Specim公司的V10M可见近红外分光光谱仪,完成了系统原理样机的搭建并进行推扫成像。本原理样机实现的光谱扫描波段范围为400nm~1000nm,光谱采样间隔为3.6nm。通过优化系统的时序,完成了系统多模态的成像功能,分别能够进行光谱维像元合并、空间维像元合并及光谱维、空间维同时像元合并,在减轻系统传输负荷的同时也提升了图像信噪比。针对系统的非均匀响应利用两点法对系统输出图像进行了非均匀校正,并使校正结果的非均匀系数控制在3%以内。针对本系统探测器特殊的阈值响应方式,无法常规获取系统的暗电流噪声的特点,本文提出了一种利用阈值响应时噪声测量的方法来推测系统暗电流噪声。最终利用该方法实现了系统多模态成像结果的噪声评估及信噪比计算,可以得到所获得图像在0.3反照率时信噪比约能达到141(即43dB)。系统最高信噪比能够达到316.8(即50dB),动态范围达到55.6dB。在本文的最后,通过比较分析了CMOS探测器用于弱光环境探测的灵敏度优势,且由于CMOS工艺技术的发展和小型无人机的推广,基于背照式CMOS探测器的高光谱成像技术将拥有广阔的发展和应用空间。