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[资料] 对数CMOS图像传感器的建模和校准

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发表于 2021-8-12 05:58:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 上海市
视觉信息对社会的重要性可能超过千年来一边记录在一个独立的medium.Artistic许可证观察到的场景的技术努力来衡量,业余爱好者和专业人士都力求呈现最多知觉准确性和最小的努力的图像。这项事业的高潮是数码相机。然而,数码相机的发展远未完成。尽管数码相机在很多方面都超越了胶片相机,但人眼仍然是比较的最终标准,它在许多方面都远远优于最好的相机。此外,相机的广泛经济利益,预计到 2002 年市场需求将达到 6000 万,持续研究和开发构成数码相机操作核心的各种图像传感器设计。各种设计可以大致分为两类:电荷耦合器件 (CCD) 传感器和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 传感器。表 1.1 将这些电子传感器与照相胶片和人眼进行了比较。
眼睛是一个非凡的器官,不仅因为它能够感知光,还因为它能够在向大脑发送信号之前处理光信息。就观察到的光子的位置和波长而言,进入眼睛的信息远多于可以实际沿视神经向下传输或由视觉皮层实时处理的信息。通过基因设计,眼睛对大量的视觉输入进行编码,使得有限的神经输出保留场景中最重要的描述符,而其余的则被丢弃。
通过在硅视网膜上的工作,Carver Mead 帮助将生物学灵感带入了图像传感器社区。这项工作试图使用模拟电子学复制眼睛的生物结构,与信息编码有关。
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CCD 与 CMOS
图 1.1 描绘了行间传输 CCD 图像传感器的架构,典型的视频速率 CCD 成像器。光照射到每个像素的光敏区域会在掺杂的硅基板中产生电荷载流子,这些载流子收集在势阱中,势阱是通过施加到栅电极的电压在每个像素中产生的。经过一段可编程的时间后,电荷被转移到像素中的另一个阱中,通过不透明的金属化和栅极电压的调制来遮光。结果,所有光敏孔同时清空电荷。当收集过程在每个像素中从头开始时,存储在屏蔽阱中的电荷通过栅极电压的调制从一行到下一行重复地平行移动。底行中的电荷被转移到称为输出寄存器的单独一行屏蔽井中。在将行移入该寄存器的时间间隔内,寄存器的每个阱中的电荷通过栅极电压的调制从一列平行地重复移动到下一列。寄存器最后一列中的电荷被转移到放大器,在那里它被转换为驱动外部电子设备的电压。这样,在下一个图像可用之前,光生电荷阵列系统地行进到放大器。
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图 1.2:CMOS 图像传感器的工作原理类似于具有光敏像素而不是存储单元的存储阵列。有很大的差别)。和以前一样,照射到光电探测器上的光会产生用于产生信号的电荷载流子,该信号可以是电压或电流。产生信号的方式和信号类型取决于像素设计。例如,一种称为无源像素传感器 (PPS) 的早期设计将电荷集成到电容器上以产生电压。为了读取像素,行扫描电路和列扫描电路解码所提供的地址并启用像素的行线和列线。与存储器阵列中的单元一样,列中的所有像素通过共享列总线驱动公共缓冲区。选择特定行时,该行中的所有像素驱动它们各自的列缓冲器。所有列缓冲器都通过单个输出总线驱动一个公共放大器。一次只运行一个由列扫描电路选择的缓冲器。因此,通过地址空间的扫描,每个像素可以将其光生信号驱动到输出放大器。在 PPS 中,每个像素中的电容器通过晶体管开关连接到其列总线(列缓冲器通过另一个晶体管开关连接到输出总线)。现代像素设计,称为有源像素传感器 (APS),在每个像素和列电路中都有额外的晶体管来放大信号。

2021-8-12 05:57 上传
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