一种提升互补型金属氧化物图像传感器动态范围的方法.pdf

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1、第!"卷#第$%期#&%!"年!%月科#学#技#术#与#工#程#;34-?@&%!"!'(!!!)!*"&%!"#$%+%!'(+%*#,-./0-/1/-2034356708905.0//:.05!#&%!"#,-.<1/-2<905:5<一种提升互补型金属氧化物图像传感器动态范围的方法!#&!于#帅#孙德新!&"中国科学院上海技术物理研究所$上海&%%%)$%中国科学院大学$北京!%%%"G#摘#要#分析了BQ>,图像传感器动态范围的限制因素!介绍了目前常用的动态范围扩展技术#针对多次曝光法和多斜率积分法提升动态范围时存在的问题!提出了一种提升动态范围的新方法$$$多

2、次多斜率积分法#采用基于eRAD!$%%+&的相机系统对该方法进行了验证实验&并对实验结果进行了分析#结果表明多次多斜率积分法提升系统的动态范围效果明显#关键词#BQ>,图像传感器##动态范围##多次多斜率积分法##多次曝光##多斜率积分中图法分类号#1=&!&

3、度低等缺陷导且兼顾了图像对比度'致其发展日趋缓慢'随着微电子工艺的进步$"#LV@的动态范围BQ>,图像传感器逐渐克服了以上缺点$成为了图像传感器领域研究的热点'B>Q,图像传感器具有动态范围一般定义为传感器可探测的最大信号集成度高*功耗低*速度快*体积小*抗辐射能力强等和可分辨的最小信号的比值'最大可探测的信号受性能优势$不仅在数码相机*摄像机*可视电话*安防到光敏元的势阱容量限制$光敏元的面积越大$满阱监控*汽车防盗*指纹识别*手机等方面应用广电荷越多$则动态范围越大%而最小可分辨的信号由(!)泛$在深空探测*对地遥感等高端应用领域也获传感器内部的噪声所限$内部噪声越小$则动态范围得了较

4、快的发展'就越大'然而与BBM图像传感器相比$BQ>,图像传感从势阱容量上看$BBM图像传感器像元内部结器的一个明显缺点是动态范围较小$无法应用于照构相对简单$故感光面积较大$势阱容量较大'而目度范围大的拍摄场合'动态范围是成像质量的重要前的BQ>,图像传感器大部分采用有源像素结构$指标$图像传感器的动态范围越大$所探测到的照度其像元一般由一个感光二极管和多个晶体管构成$范围越宽$图像包含的信息越全面$细节越丰富$图由晶体管组成的放大存储部分占据了较多空间$故像质量越好'因此提高动态范围一直是BQ>,图像感光区域较小$势阱容量较小$因而限制了BQ>,图传感器应用的难题'像传感器的动态范围'本文

5、首先对比BQ>,和BBM的内部结构$分析从噪声上看$BBM图像传感器在电荷耦合*转了限制BQ>,图像传感器动态范围的因素'然后$移以及输出的过程中噪声较小'而BQ>,图像传感介绍了目前常用的BQ>,图像传感器动态范围扩展器内部集成了多路放大器*DWM转换器*寻址电路*技术$分析了现有技术的优缺点%提出多次多斜率积序列发生器等相机电路$极易产生寄生电容$且相互分法$将多次曝光法与多斜率积分法相结合$克服了之间电磁干扰比较严重'另外$每个像素内部的放效率低和对比度低等问题$有效提升了BQ>,图像大器也存在差异$相比整片传感器采用单个放大器的BBM图像传感器$BQ>,图像传感器的噪声较&%!"年"月

6、!$日收到$*月&(日修改第一作者简介&于#帅"!G))!#$女$河北沧州人$硕士研究生'研大$均匀性较差$其动态范围较低'究方向&图像传感器的驱动及其信号处理技术'9+H7.4&6LI2L7.&%!&除了以上两方面外$BQ>,图像传感器的动态JI.07<-3H'范围还可能受模拟信号电压幅度和内部集成DWM转换器的量化位数限制$模拟信号电压幅度越小$量!')科#学#技#术#与#工#程!"卷化位数越少$则动态范围越低'信号随着积分时间增加逐渐减弱$其衰减斜率是由该像素点上的入射光强决定的'%#常用动态范围的扩展技术采用条件复位的多斜率积分法可以在同一幅图一般情况下自然景物的照度范围较宽$超过像中

7、同时获得明暗区域的细节$提高动态范围'以!&%8Y'人眼的动态范围为!%%j!&%8Y$而普通三斜率积分为例$图!*图&*图$分别给出了单斜率BQ>,有源像素结构图像传感器的动态范围约为'%积分*双斜率积分*三斜率积分时在临界照度下像素8Y$远低于宽动态范围的应用需求$有待进一步提输出电压与时间的关系'其中$初始复位电平F!*高'目前已有的BQ>,图像传感器动态范围的扩展第二次复位电平F&*第三次