應(yīng)用于監(jiān)控安防領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文應(yīng)用于監(jiān)控安防領(lǐng)域的應(yīng)用于監(jiān)控安防領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究TheResearchontheKeyTechniquesfCMOSImageSensinSurveillanceField一級(jí)學(xué)科:電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專(zhuān)業(yè):微電子學(xué)與固體電子學(xué)作者姓名:李曉晨指導(dǎo)教師:姚素英天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院二零一三年五月中文摘要中文摘要進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),我國(guó)的綜合國(guó)力和人民的生活水平不斷提高。國(guó)家的國(guó)

2、有資產(chǎn)和人民群眾的個(gè)人財(cái)產(chǎn)和安全,都需要得到保護(hù)。整體社會(huì)的監(jiān)督管理網(wǎng)絡(luò),也需要不斷地完善。正因?yàn)槿绱?,安防監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,幾乎遍布城市的每個(gè)角落。這些系統(tǒng)設(shè)備,充分而有效地保障了整個(gè)社會(huì)生活的順利進(jìn)行。隨著微電子學(xué)的發(fā)展,圖像傳感器芯片在監(jiān)控安防系統(tǒng)中的作用越來(lái)越重要,圖像傳感器相當(dāng)于監(jiān)控設(shè)備的“心臟”,它的性能好壞直接決定著監(jiān)控設(shè)備能否發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此,本文針對(duì)監(jiān)控安防系統(tǒng)的應(yīng)用,分析了監(jiān)控CMOS圖像傳感器需要解決

3、的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,并提出了相應(yīng)的解決方案。首先,針對(duì)監(jiān)控領(lǐng)域?qū)τ诘驮肼暤囊?,分析了CMOS圖像傳感器的影響性能的主要幾種噪聲來(lái)源,提出了消除主要噪聲的理論方法和電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。其次,針對(duì)監(jiān)控領(lǐng)域?qū)τ诖髣?dòng)態(tài)范圍的要求,介紹了動(dòng)態(tài)范圍對(duì)于CMOS圖像傳感器的重要性,分析了造成CMOS圖像傳感器動(dòng)態(tài)范圍偏低的主要原因,并提出了提高動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)的多種方法。再次,針對(duì)監(jiān)控領(lǐng)域?qū)τ诟哽`敏度的要求,介紹了提高CMOS圖像傳感器像素靈敏度的幾種方法。最后

4、,通過(guò)實(shí)際的芯片產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果,證明了本文提出的方法可以有效地提高CMOS圖像傳感器的靈敏度,降低噪聲和擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍,使得監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用最為看重的這三個(gè)性能指標(biāo)得到了根本性的改善。本文在分析和提高監(jiān)控CMOS圖像傳感器最為看重的噪聲,動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度三個(gè)重要指標(biāo)基礎(chǔ)上,提出了主要的幾個(gè)創(chuàng)新方面:第一,提出了一種新穎的具有低噪聲和高電源抑制比(PSRR)的電路結(jié)構(gòu),在模擬域大幅降低了CMOS圖像傳感器的圖像噪聲,提高了圖像質(zhì)量;并且依據(jù)暗電流

5、噪聲的相關(guān)性,提出了一種應(yīng)用暗電流比例系數(shù)矩陣來(lái)消除暗電流噪聲的方法,即節(jié)省了硬件資源,又提高了暗場(chǎng)下的圖像質(zhì)量。第二,根據(jù)多次曝光提高動(dòng)態(tài)范圍的理論,提出了一種新穎的組合穿插式多次曝光技術(shù),在有效提高動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí),又保證了幀頻不降低,硬件資源不過(guò)多消耗。第三,針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合的不同,提出了一種新型的可變浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)電容值的靈敏度增強(qiáng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了一顆芯片在多種監(jiān)控環(huán)境下應(yīng)用的可行性。關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:監(jiān)控安防;CMOS圖像傳感器;噪聲;

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