CMOS圖像傳感器動態(tài)范圍擴展技術(shù)的研究.pdf

1、CMOS圖像傳感器是集光電探測器、模擬電路和數(shù)字電路于一體功能完善的超大規(guī)模數(shù)?；旌霞呻娐?相對于CCD圖像傳感器技術(shù),CMOS圖像傳感器具有低成本、低功耗、隨機讀取、單片集成等優(yōu)點,具有廣泛的應(yīng)用前景. 本論文重點研究了CMOS圖像傳感器動態(tài)范圍擴展技術(shù).首先分析半導(dǎo)體光電效應(yīng)的基本原理,典型的CMOS工藝兼容光電探測器,以及CMOS圖像傳感器本身所具有的局限性,還詳細分析了CMOS圖像傳感器中的隨機噪聲源和固定模式噪聲源,

2、并對固定模式噪聲進行理論推導(dǎo),從而為對數(shù)有源像素的固定模式噪聲消除奠定基礎(chǔ). 動態(tài)范圍是圖像傳感器成像質(zhì)量的重要指標,動態(tài)范圍較大就可以探測到更寬光強范圍內(nèi)的場景信息,探測到的圖像細節(jié)更豐富.但由于硅材料本身最大的光動態(tài)范圍低于應(yīng)用要求,研究動態(tài)范圍擴展技術(shù)是CMOS圖像傳感器拓展其大動態(tài)范圍應(yīng)用領(lǐng)域的迫切需要.本文分別從三個層次研究動態(tài)范圍擴展技術(shù),具有獨創(chuàng)性:首先,重點研究光電對數(shù)響應(yīng)技術(shù),這種技術(shù)改變了像素單元結(jié)構(gòu),屬于像

3、素層次上的探索；其次,研究了自動增益控制技術(shù),通過調(diào)節(jié)預(yù)處理放大器的增益實現(xiàn)動態(tài)范圍擴展,屬于像素模擬預(yù)處理電路層次上的探索；最后,研究了自適應(yīng)曝光調(diào)節(jié)技術(shù),通過調(diào)節(jié)曝光時間自適應(yīng)環(huán)境光強,屬于CMOS圖像傳感器SOC系統(tǒng)層次上的探索. 本論文是天津市重點科技攻關(guān)項目"高性能大動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器研究"的重要組成部分,同時也是國家自然科學(xué)基金資助項目"基于深亞微米大動態(tài)范圍、千萬像素CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究"的重要組