像素內(nèi)兩次曝光組合的寬動(dòng)態(tài)范圍CMOS圖像傳感器.pdf

1、隨著安防監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展,要求圖像傳感器具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍,然而消費(fèi)類的CMOS圖像傳感器動(dòng)態(tài)范圍不高于60dB,無(wú)法滿足同時(shí)捕捉到場(chǎng)景中暗光和高光細(xì)節(jié)的要求。常用的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展方法有的增加了像素復(fù)雜度,有的拍攝的兩次或多次圖像信息在片上存儲(chǔ)器按照一定的算法進(jìn)行組合大大增加了硬件量。
　　 本文提出了一種基于五管有源像素的寬動(dòng)態(tài)范圍CMOS圖像傳感器,在像素內(nèi)部的浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行長(zhǎng)曝光時(shí)間信號(hào)和短曝光時(shí)間信號(hào)的組合。本文在分析了常用

2、的寬動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,給出了像素內(nèi)兩次曝光組合寬動(dòng)態(tài)范圍CMOS圖像傳感器的數(shù)學(xué)模型；結(jié)合像素內(nèi)勢(shì)壘勢(shì)阱的變化分析了像素操作原理；基于像素操作的要求完成了相應(yīng)的像素驅(qū)動(dòng)電路和電平選擇電路的設(shè)計(jì),主要包括帶隙基準(zhǔn)電路、偏置電壓產(chǎn)生電路、像素傳輸門信號(hào)電平產(chǎn)生電路和像素全局復(fù)位信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路等幾個(gè)模塊;利用Tower0.18μm CMOS工藝進(jìn)行仿真,結(jié)果表明,傳輸門信號(hào)的電平值和全局復(fù)位信號(hào)的電平值實(shí)現(xiàn)可編程選擇,滿足像素內(nèi)兩次曝

3、光信號(hào)組合操作的要求。
　　 應(yīng)用像素內(nèi)兩次曝光組合技術(shù)的CMOS圖像傳感器采用0.18μm CIS工藝進(jìn)行了流片,測(cè)試結(jié)果表明通過優(yōu)化像素操作,光電響應(yīng)曲線得到了壓縮,在兩次曝光時(shí)間分別為2.4ms和70ns,30幀每秒的幀頻條件下,傳感器的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到80dB,滿足安防監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于,在達(dá)到一定的寬動(dòng)態(tài)范圍條件下,采用像素內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行曝光信號(hào)組合,沒有改變像素結(jié)構(gòu),相對(duì)于其它兩次曝光模數(shù)