像素内两次曝光组合的宽动态范围CMOS图像传感器.pdf

学科专业:微电子学与固体电子学研究生:孙忠岩指导教师:李斌桥教授天津大学电子信息工程学院二零一零年五月
导师虢喜斌诫学位论文作者签名:纲、连、秀学位论文作者签名:翔、忠、笔学位论文版权使用授权书签字同期:辍翨日加№年歹月侈日本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权丕盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检签字同期:加/甓嘣隆合鏡研究或撰签字日期:索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得’书而作了、
摘要关键词:随着安防监控系统的发展,要求图像传感器具有较宽的动态范围,然而消费类的图像传感器动态范围不高于,无法满足同时捕捉到场景中暗光和高光细节的要求。常用的动态范围扩展方法有的增加了像素复杂度,有的拍摄的两次或多次图像信息在片上存储器按照一定的算法进行组合大大增加了硬件量。本文提出了一种基于五管有源像素的宽动态范围图像传感器,在像素内部的浮动节点处进行长曝光时间信号和短曝光时间信号的组合。本文在分析了常用的宽动态范围技术优缺点的基础上,给出了像素内两次曝光组合宽动态范围图像传感器的数学模型;结合像素内势垒势阱的变化分析了像素操作原理;基于像素操作的要求完成了相应的像素驱动电路和电平选择电路的设计,主要包括带隙基准电路、偏置电压产生电路、像素传输门信号电平产生电路和像素全局复位信号驱动电路等几个模块:利用工艺进行仿真,结果表明,传输门信号的电平值和全局复位信号的电平值实现可编程选择,满足像素内两次曝光信号组合操作的要求。应用像素内两次曝光组合技术的图像传感器采用ひ战行了流片,测试结果表明通过优化像素操作,光电响应曲线得到了压缩,在两次曝光时间分别为和,帧每秒的帧频条件下,传感器的动态范围达到,满足安防监视系统的应用需求。本文的创新点在于,在达到一定的宽动态范围条件下,采用像素内部节点进行曝光信号组合,没有改变像素结构,相对于其它两次曝光模数转换之后合成,节省了存储器的使用,降低了读出电路和模数转换的速度。图像传感器,两次曝光,宽动态范围,五管有源像素、●
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录目第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图像传感器的简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图像传感器的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯选题的意义和设计背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“本文的组织结构和内容安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第二章宽动态范围图像传感器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯动态范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯宽动态范围图像传感器的研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯非线性响应技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·.酱纹毓獠裳际酢.....¨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”.∽楹霞际酢本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·第三章像素内两次曝光信号组合的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一有源像素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三管有源像素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“四管有源像素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·五管有源像素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”曝光模式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·像素内两次曝光信号组合操作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“.≡≡≡瘛.
.缪寡≡竦缏贰缪寡≡竦缏贰像素信号驱动电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·敝臃忍嵘缏贰信号驱动电路的实现与仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·第五章图像传感器动态范围的测试与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“图像传感器动态范围测试结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯像素内两次曝光组合的分析和优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”第六章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯发表论文和参加科研情况说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·.
本章主人类的感官包括眼睛,鼻子,耳朵,舌头,皮肤等,能够直接感知外在世界的刺激并能产生神经性的反应,人们