CIS電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、圖像傳感器(Image Sensor)是成像系統(tǒng)的核心,隨著半導(dǎo)體工藝的持續(xù)更新與電路技術(shù)的不斷進(jìn)展,基于CMOS工藝的圖像系統(tǒng)已經(jīng)成為市場(chǎng)主流,其產(chǎn)品應(yīng)用于:消費(fèi)類電子、醫(yī)療、光存儲(chǔ)、圖像掃描設(shè)備、工業(yè)檢測(cè)等諸多領(lǐng)域;與之相應(yīng),CMOS圖像系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應(yīng)性需求相應(yīng)增強(qiáng),這就對(duì)CMOS圖像傳感器的電路系統(tǒng)與應(yīng)用算法提出較高的要求。針對(duì)上述問題,本論文就圖像傳感器的噪聲影響、動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)與典型運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法展開研究,旨在就CIS系統(tǒng)的關(guān)鍵

2、問題展開討論,提出并設(shè)計(jì)優(yōu)化的CMOS圖像傳感系統(tǒng)。
　　在對(duì)常用CMOS圖像傳感器整體架構(gòu),各自典型電路實(shí)現(xiàn)、優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行介紹后,本論文首先對(duì)影響成像系統(tǒng)的電子噪聲問題展開研究,通過信號(hào)通道上的噪聲分析與電路噪聲系數(shù)計(jì)算,再現(xiàn)了各噪聲影響與實(shí)際效果,給出總體優(yōu)化圖像傳感器噪聲的討論;接著,參照典型的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展方法,提出了一種滿足動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展需求并最大程度上保留原系統(tǒng)架構(gòu)的動(dòng)態(tài)范圍提升方案,該方法利用像素內(nèi)存儲(chǔ)與時(shí)間

3、交叉的采樣保持技術(shù),在一個(gè)積分周期內(nèi)完成了長、短積分信號(hào)的處理,從而擴(kuò)展了電路最大可讀出電壓;隨后,結(jié)合CMOS集成電路工藝與各模塊電路要求分析了關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)方法,對(duì)照系統(tǒng)框圖,逐個(gè)完成模塊電路的設(shè)計(jì)及仿真,從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展方案的可行性；最后,作為CMOS圖像傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的研究,本論文討論了基于圖像傳感器的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法,重點(diǎn)介紹了一種基于昆蟲視神經(jīng)的LGMD(Locust Giant MotionDetector),運(yùn)動(dòng)檢

4、測(cè)算法,針對(duì)原算法在多目標(biāo)場(chǎng)景下的不足,提出改進(jìn)思路,通過目標(biāo)區(qū)分機(jī)制的引入,將原算法擴(kuò)展到更一般的情景,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。
　　本論文研究創(chuàng)新之處在于:
　　1、提出擴(kuò)展圖像傳感器動(dòng)態(tài)范圍的電路方案。該方案采用多次采樣擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的思路,在保留不同時(shí)刻積分輸出電壓與原有電路方案基礎(chǔ)上,利用動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展電路增加了最大可輸出電壓,提高了圖像傳感器的場(chǎng)景適應(yīng)性。
　　2、自主設(shè)計(jì)CMOS圖像傳感電路。實(shí)現(xiàn)了包括