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CMOS图像传感器在许多领域中被认为是未来的成像器件,其不仅能满足工业及专业领域中严格的图像获取需求,而且还会对我们的日常生活产生深远的影响。CMOS图像传感器采用标准CMOS工艺,具有诸多优势,例如低供电电压、低功耗、高集成度、便于实现VLSI片上系统集成等诸多优势,使其成为人们研究的热点和关注的焦点。
本文首先简要介绍了光电二极管的物理基础和电路模型,从CMOS图像传感器的噪声分析出发,介绍了可以用于分析工作在积分模式的CMOS图像传感器的像素等效模型、噪声模型以及相应的噪声抑制方法等。而后针对CMOS图像传感器的固定模式噪声,设计了一种基于开关电容的相关双采样电路。
在动态范围的研究中,提出一种基于人眼视觉特性的图像传感器系统,采用非线性拉伸算法来量化CMOS图像传感器像素输出信号。经过试验证明,该量化方法可以有效改善低亮度场景下的图像拍摄效果,使灰度直方图更加均衡化,提高CMOS图像传感器的动态范围,并获取适合人眼视觉特性的图像。
最后,针对上述理论基础,提出一种改进的基于增量查找表结构的多分辨率非线性ADC。本方案与Shih-FangChen(2003)提出的方案相比较,不仅查找表资源需求大幅缩减(前者需要256×10个查找表单元,而本文仅需12×16个单元),而且降低了ADC对比较器的精度要求(同样实现8bitsADC,前者要求比较器具有10位精度,而本文仅需8位精度)。基于CSM0.35um2p4m标准CMOS工艺,对上述方案设计的线性量化积分型ADC进行仿真分析,实际得到积分非线性INL为-3LSB~1LSB,微分非线性DNL为+1LSB。在列级ADC设计过程中,引入了可重构设计理论,对相关双采样电路中的运算放大器和ADC中的比较器实现复用结构,有效地降低了列级电路的规模。