引言
近年来，集成度高、检测时间快、操作方法简单的光谱检测设备广泛的出现在化学、医学材料鉴别和药品、危险品鉴定等场景中，光谱检测技术已经成为了物质检测和分析的关键技术。便携式光谱仪的光电转换器件多为线阵型图像传感器，不同类型的光电传感器因其独特的性能而被用来满足不同的光谱采集需求[1]。光电图像传感器会受到暗噪声输出的影响，输出的暗噪声包括暗电流噪声和暗电流散粒噪声。其中暗电流散粒噪声主要影响光谱仪的信噪比性能，暗电流噪声决定了光谱仪的基线参考值，有效光信号都将基于该参考值进行输出。暗电流噪声会随着温度的升高和积分时间的增加而逐步变大，加之后续信号放大电路的作用，实际光谱数据会出现严重的基线漂移现象。漂移的基线会压缩有效光谱的峰高，或者使信号过早饱和而丢失数据细节，这不仅严重降低了光谱仪检测的动态范围，还会显著影响后续光谱分析算法的准确性和可靠性。因此，通过一定方法严格控制光谱仪的基线漂移程度尤为重要，在不同环境温度和积分时间下，有效光谱信号所基于的基线值的大小也是评价一款光谱仪性能好坏的关键参数之一[2-4]。
本文将以国产紫光同创的FPGA芯片作为主控核心，使用Hamamatsu公司的S8378-256Q型CMOS线阵图像传感器作为光电转换器件，设计一套具有实时反馈功能的光谱仪动态基线补偿系统。该系统结合光谱仪光路设计和CMOS像素信号顺序读出的特点，利用FPGA能够并行处理和缓存数据的优势，在ADC采集有效光谱信号之前得到该帧图像的基线漂移值并实时反馈到模拟信号处理模块，利用运算放大器组成减法电路对基线值进行补偿。实验证明，这种设计可以很好地解决由线型图像传感器暗电流噪声变大而引起的光谱仪基线漂移问题。
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作者信息：
于呈豪，薛萌，石朗杰，郭汉明
（上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海200093）
