應(yīng)用于監(jiān)控安防領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文應(yīng)用于監(jiān)控安防領(lǐng)域的應(yīng)用于監(jiān)控安防領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究TheResearchontheKeyTechniquesfCMOSImageSensinSurveillanceField一級學(xué)科：電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)作者姓名：李曉晨指導(dǎo)教師：姚素英天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院二零一三年五月中文摘要中文摘要進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的綜合國力和人民的生活水平不斷提高。國家的國

2、有資產(chǎn)和人民群眾的個人財產(chǎn)和安全，都需要得到保護(hù)。整體社會的監(jiān)督管理網(wǎng)絡(luò)，也需要不斷地完善。正因?yàn)槿绱?，安防監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎遍布城市的每個角落。這些系統(tǒng)設(shè)備，充分而有效地保障了整個社會生活的順利進(jìn)行。隨著微電子學(xué)的發(fā)展，圖像傳感器芯片在監(jiān)控安防系統(tǒng)中的作用越來越重要，圖像傳感器相當(dāng)于監(jiān)控設(shè)備的“心臟”，它的性能好壞直接決定著監(jiān)控設(shè)備能否發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，本文針對監(jiān)控安防系統(tǒng)的應(yīng)用，分析了監(jiān)控CMOS圖像傳感器需要解決

3、的關(guān)鍵技術(shù)問題，并提出了相應(yīng)的解決方案。首先，針對監(jiān)控領(lǐng)域?qū)τ诘驮肼暤囊?，分析了CMOS圖像傳感器的影響性能的主要幾種噪聲來源，提出了消除主要噪聲的理論方法和電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。其次，針對監(jiān)控領(lǐng)域?qū)τ诖髣討B(tài)范圍的要求，介紹了動態(tài)范圍對于CMOS圖像傳感器的重要性，分析了造成CMOS圖像傳感器動態(tài)范圍偏低的主要原因，并提出了提高動態(tài)范圍指標(biāo)的多種方法。再次，針對監(jiān)控領(lǐng)域?qū)τ诟哽`敏度的要求，介紹了提高CMOS圖像傳感器像素靈敏度的幾種方法。最后

4、，通過實(shí)際的芯片產(chǎn)品測試結(jié)果，證明了本文提出的方法可以有效地提高CMOS圖像傳感器的靈敏度，降低噪聲和擴(kuò)展動態(tài)范圍，使得監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用最為看重的這三個性能指標(biāo)得到了根本性的改善。本文在分析和提高監(jiān)控CMOS圖像傳感器最為看重的噪聲，動態(tài)范圍和靈敏度三個重要指標(biāo)基礎(chǔ)上，提出了主要的幾個創(chuàng)新方面：第一，提出了一種新穎的具有低噪聲和高電源抑制比(PSRR)的電路結(jié)構(gòu)，在模擬域大幅降低了CMOS圖像傳感器的圖像噪聲，提高了圖像質(zhì)量；并且依據(jù)暗電流

5、噪聲的相關(guān)性，提出了一種應(yīng)用暗電流比例系數(shù)矩陣來消除暗電流噪聲的方法，即節(jié)省了硬件資源，又提高了暗場下的圖像質(zhì)量。第二，根據(jù)多次曝光提高動態(tài)范圍的理論，提出了一種新穎的組合穿插式多次曝光技術(shù)，在有效提高動態(tài)范圍的同時，又保證了幀頻不降低，硬件資源不過多消耗。第三，針對監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用場合的不同，提出了一種新型的可變浮動節(jié)點(diǎn)電容值的靈敏度增強(qiáng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一顆芯片在多種監(jiān)控環(huán)境下應(yīng)用的可行性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：監(jiān)控安防；CMOS圖像傳感器；噪聲；