TDI-CMOS成像系統(tǒng)研究及FPN校正方法設(shè)計.pdf

1、傳統(tǒng)線陣圖像傳感器采用一維像素陣列結(jié)構(gòu)，通過掃描運動獲取二維圖像，其成像性能受限于運動速度和光照強度。時間延遲積分(TDI)圖像傳感器采用二維像素陣列結(jié)構(gòu)，通過掃描的方式實現(xiàn)不同行像素對同一景物的多次曝光，等效延長曝光時間，從而有效提高圖像傳感器的信噪比和靈敏度。TDI-CMOS圖像傳感器具有與CMOS工藝兼容、高集成度、低功耗、抗輻射等優(yōu)點，逐漸成為研究熱點。在TDI-CMOS圖像傳感器的研制過程中，對傳感器的功能測試和性能分析是極其

2、重要的一個環(huán)節(jié)。因此，關(guān)于TDI-CMOS圖像傳感器成像質(zhì)量及其成像系統(tǒng)的研究具有重要意義。
　　為了消除TDI-CMOS圖像傳感器輸出圖像中的固定模式噪聲(FPN)，本文首先研究了TDI-CMOS圖像傳感器的工作原理，然后在分析FPN來源、噪聲特點及其對成像質(zhì)量的影響的基礎(chǔ)上，提出了TDI-CMOS圖像傳感器的噪聲模型，并根據(jù)該模型設(shè)計了一種基于灰度值補償?shù)腇PN校正方法。該方法首先在均勻光下采集大量樣本圖像，然后基于所有樣本圖

3、像的行均值向量和列均值向量分別估計行FPN和列FPN，最后，通過像素原始灰度值加上對應(yīng)的行FPN估計值校正行FPN、通過像素原始灰度值減去對應(yīng)的列FPN估計值校正列FPN。
　　為了驗證提出的校正方法的有效性，首先基于128級模擬域累加TDI-CMOS圖像傳感器設(shè)計了一套成像系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)，具體完成了圖像傳感器硬件電路設(shè)計、片上可編程系統(tǒng)(SoPC)設(shè)計及履帶機械運動裝置設(shè)計。其中，SoPC是成像系統(tǒng)的嵌入式主控

4、系統(tǒng)，基于FPGA開發(fā)板設(shè)計。然后使用設(shè)計的成像系統(tǒng)采集100幅樣本圖像，并基于MATLAB軟件完成對FPN的估計，最后進行FPN校正。實驗結(jié)果表明，使用提出的方法對均勻光照下拍攝的圖像進行FPN校正后，其行均值標準差從5.6798LSB減小到了0.4214LSB，其列均值標準差從15.2080LSB減小到了13.4623LSB;而實際測試圖像中的行FPN和列FPN也都得到了有效校正。本文設(shè)計的方法可以有效消除TDI-CMOS圖像傳感器