應用于監(jiān)控安防領域的CMOS圖像傳感器關鍵技術研究.pdf

1、天津大學博士學位論文應用于監(jiān)控安防領域的應用于監(jiān)控安防領域的CMOS圖像傳感器關鍵技術研究圖像傳感器關鍵技術研究TheResearchontheKeyTechniquesfCMOSImageSensinSurveillanceField一級學科：電子科學與技術學科專業(yè)：微電子學與固體電子學作者姓名：李曉晨指導教師：姚素英天津大學電子信息工程學院二零一三年五月中文摘要中文摘要進入新世紀以來，我國的綜合國力和人民的生活水平不斷提高。國家的國

2、有資產(chǎn)和人民群眾的個人財產(chǎn)和安全，都需要得到保護。整體社會的監(jiān)督管理網(wǎng)絡，也需要不斷地完善。正因為如此，安防監(jiān)控系統(tǒng)的應用越來越廣泛，幾乎遍布城市的每個角落。這些系統(tǒng)設備，充分而有效地保障了整個社會生活的順利進行。隨著微電子學的發(fā)展，圖像傳感器芯片在監(jiān)控安防系統(tǒng)中的作用越來越重要，圖像傳感器相當于監(jiān)控設備的“心臟”，它的性能好壞直接決定著監(jiān)控設備能否發(fā)揮其應有的作用。因此，本文針對監(jiān)控安防系統(tǒng)的應用，分析了監(jiān)控CMOS圖像傳感器需要解決

3、的關鍵技術問題，并提出了相應的解決方案。首先，針對監(jiān)控領域對于低噪聲的要求，分析了CMOS圖像傳感器的影響性能的主要幾種噪聲來源，提出了消除主要噪聲的理論方法和電路結構實現(xiàn)。其次，針對監(jiān)控領域對于大動態(tài)范圍的要求，介紹了動態(tài)范圍對于CMOS圖像傳感器的重要性，分析了造成CMOS圖像傳感器動態(tài)范圍偏低的主要原因，并提出了提高動態(tài)范圍指標的多種方法。再次，針對監(jiān)控領域對于高靈敏度的要求，介紹了提高CMOS圖像傳感器像素靈敏度的幾種方法。最后

4、，通過實際的芯片產(chǎn)品測試結果，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，降低噪聲和擴展動態(tài)范圍，使得監(jiān)控領域應用最為看重的這三個性能指標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，動態(tài)范圍和靈敏度三個重要指標基礎上，提出了主要的幾個創(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)的電路結構，在模擬域大幅降低了CMOS圖像傳感器的圖像噪聲，提高了圖像質量；并且依據(jù)暗電流

5、噪聲的相關性，提出了一種應用暗電流比例系數(shù)矩陣來消除暗電流噪聲的方法，即節(jié)省了硬件資源，又提高了暗場下的圖像質量。第二，根據(jù)多次曝光提高動態(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，在有效提高動態(tài)范圍的同時，又保證了幀頻不降低，硬件資源不過多消耗。第三，針對監(jiān)控系統(tǒng)應用場合的不同，提出了一種新型的可變浮動節(jié)點電容值的靈敏度增強技術，實現(xiàn)了一顆芯片在多種監(jiān)控環(huán)境下應用的可行性。關鍵詞：關鍵詞：監(jiān)控安防；CMOS圖像傳感器；噪聲；