CMOS圖像傳感器錯(cuò)位成像原理的研究.pdf

1、CMOS圖像傳感器有著廣泛的應(yīng)用前景，但圖像分辨率和動態(tài)范圍是影響其發(fā)展的兩個(gè)關(guān)鍵問題。因此，研究解決這兩個(gè)問題的方法有重要的理論和實(shí)際意義。本文介紹了CMOS圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和國內(nèi)外發(fā)展，分析了影響其性能的因素。 在上述討論的基礎(chǔ)上，本文提出了CMOS圖像傳感器的半像素錯(cuò)位成像原理。該原理將CMOS圖像器件獲得的分別在橫向、縱向和對角線方向存在半個(gè)像素錯(cuò)位的四幅圖像用軟件合成一幅高分辨率圖像。文章從理論上證明了該原

2、理的正確性，并從像元矩陣灰度值出發(fā)建立了合成圖像的重建算法。該算法對合成圖像像元矩陣灰度值的計(jì)算表明，半像素錯(cuò)位成像原理能充分利用CMOS器件感光單元的探測能力，在不改變工藝水平的條件下，可以使CMOS器件所采集的二維圖像分辨率提高到原來的2×2倍。為進(jìn)一步證明半像素錯(cuò)位成像原理，文章進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。利用MATLAB工具，對彼此存在半個(gè)像素錯(cuò)位的四幅圖像按照所建立的算法進(jìn)行圖像合成處理，得到了與理論分析計(jì)算完全一致的結(jié)果。仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步

3、證明了半像素錯(cuò)位成像原理和所建立的圖像合成算法的正確性。 本文建立了適用于HSpice仿真的光敏二極管模型，并對CMOS圖像傳感器的像素電路的光電轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行了分析，指出其固定積分時(shí)間光電轉(zhuǎn)換方式嚴(yán)重限制了CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍。為提高器件的動態(tài)范圍，文章提出了半像素錯(cuò)位順序曝光方法。該方法改多次曝光的同時(shí)曝光模式為順序四次曝光，而且使四次曝光獲得的圖像依次在橫向、縱向和對角線方向有半個(gè)像素的錯(cuò)位，并運(yùn)用上述半像素錯(cuò)位合成