CIS電路設計的關鍵技術及其應用研究.pdf

1、圖像傳感器(Image Sensor)是成像系統(tǒng)的核心,隨著半導體工藝的持續(xù)更新與電路技術的不斷進展,基于CMOS工藝的圖像系統(tǒng)已經(jīng)成為市場主流,其產(chǎn)品應用于:消費類電子、醫(yī)療、光存儲、圖像掃描設備、工業(yè)檢測等諸多領域;與之相應,CMOS圖像系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應性需求相應增強,這就對CMOS圖像傳感器的電路系統(tǒng)與應用算法提出較高的要求。針對上述問題,本論文就圖像傳感器的噪聲影響、動態(tài)范圍指標與典型運動檢測算法展開研究,旨在就CIS系統(tǒng)的關鍵

2、問題展開討論,提出并設計優(yōu)化的CMOS圖像傳感系統(tǒng)。
　　在對常用CMOS圖像傳感器整體架構,各自典型電路實現(xiàn)、優(yōu)缺點及相關性能指標進行介紹后,本論文首先對影響成像系統(tǒng)的電子噪聲問題展開研究,通過信號通道上的噪聲分析與電路噪聲系數(shù)計算,再現(xiàn)了各噪聲影響與實際效果,給出總體優(yōu)化圖像傳感器噪聲的討論;接著,參照典型的動態(tài)范圍擴展方法,提出了一種滿足動態(tài)范圍擴展需求并最大程度上保留原系統(tǒng)架構的動態(tài)范圍提升方案,該方法利用像素內(nèi)存儲與時間

3、交叉的采樣保持技術,在一個積分周期內(nèi)完成了長、短積分信號的處理,從而擴展了電路最大可讀出電壓;隨后,結合CMOS集成電路工藝與各模塊電路要求分析了關鍵電路的設計方法,對照系統(tǒng)框圖,逐個完成模塊電路的設計及仿真,從實驗上驗證了動態(tài)范圍擴展方案的可行性；最后,作為CMOS圖像傳感器應用領域的研究,本論文討論了基于圖像傳感器的運動檢測算法,重點介紹了一種基于昆蟲視神經(jīng)的LGMD(Locust Giant MotionDetector),運動檢

4、測算法,針對原算法在多目標場景下的不足,提出改進思路,通過目標區(qū)分機制的引入,將原算法擴展到更一般的情景,并通過實驗驗證了算法的有效性。
　　本論文研究創(chuàng)新之處在于:
　　1、提出擴展圖像傳感器動態(tài)范圍的電路方案。該方案采用多次采樣擴展動態(tài)范圍的思路,在保留不同時刻積分輸出電壓與原有電路方案基礎上,利用動態(tài)范圍擴展電路增加了最大可輸出電壓,提高了圖像傳感器的場景適應性。
　　2、自主設計CMOS圖像傳感電路。實現(xiàn)了包括