CMOS有源像素图像传感器的噪声控制技术

分析了CMOS有源像素图像传感器 (APS)的噪声种类及各自产生的原因 。

基于CMOS集成有源传感器的新型高能物理粒子轨迹追踪器

本文研究了一个采用标准0.35μm CMOS工艺制造的新型高能物理粒子轨迹追踪器.这个新型的追踪器运用CMOS有源像素传感器技术(CMOS Monolithic Active Pixel Sensors,MAPS)将信号的探测与处理电路集成在一起,在像素的内部实现了相关双次采样操作(Correlated Doubled Sampling,CDS).实验芯片包含一个128行×32列的像素矩阵,其中,像素的大小为25×25μm2.通过采用放射源55Fe的测定,得到像素的等效输入随机噪声(Temporal Noise)仅为12个电子而固定噪声(Fixed Pattern Noise,FPN)仅为4个电子.传感器的电荷-电压转换系数(Charge-to-Voltageconversion Factor,CVF)为60μV/e-.测试中,芯片的信号读取速度达到了12μs/帧.

CMOS有源集成像素传感器检测高能物理粒子

研究适用于下一代国际线性电子对撞机中顶点探测器的CMOS有源集成像素传感器.实验芯片现采用标准0.35μmCMOS工艺设计,像素矩阵为128行×32列,像素大小为25μm×25μm,在像素内部实现相关双次采样技术.通过采用放射源55Fe测定,芯片等效输入随机噪声为12个电子,而固定噪声为3个电子.传感器的电荷-电压转换系数达59μV/e-.在170MHz工作主频下,芯片信号处理速度达12μs/帧.芯片模拟部分功耗小于30mW.

一种新的片上抑制CMOS图像传感器暂态噪声方法

暂态噪声是CMOS图像传感器暗光下噪声的重要组成部分,不但影响图像质量,而且限制图像动态范围的提高。提出了一种新的自适应片上抑制CMOS图像传感器暂态噪声的方法。将多帧采样图像进行空间转换,使用自适应增益将多帧采样图像中相应像素进行加权平均,进行空间逆变换,得到去噪后的像素值。对20组图片进行实验,结果表明算法能够克服传统基于多帧采样暂态噪声去除方法存在的改变原图像亮度的缺点,所得PSNR值和占用逻辑单元数量均优于其它方法,最高频率可达140MHz。并且分析了采样图像帧数对去噪效果的影响,得到最优采样帧数,为消除CMOS图像传感器暂态噪声提供一种新的解决思路。

基于自相关算法的超低噪声CMOS相机设计研究

根据CMOS探测器噪声的特点,针对传统降噪方法较难去除的时间相关噪声提出了一种降噪的新算法。对算法进行了原理分析,介绍了该算法基于FPGA硬件实现的新方法。最后,通过实验结果,对该算法的效果进行了评价。

一种消除CMOS图像传感器行噪声的时序

为了消除CMOS图像传感器中随机变化的行噪声,在传统相关双采样的基础上,提出了一种新的读出时序。该时序采用行相关双采样方法,同时对相邻的两行像素进行操作,在采集图像信号的同时,把行随机噪声也采样到电容上,进行全差分操作,将行噪声消除。仿真结果表明:这种读出方法可以将行随机噪声大幅减小,经放大器放大32倍后噪声仍小于ADC的LSB,从而消除图像中随机的横纹,改善图像质量,扩展传感器在暗光下的应用。

基于列共用多采样技术的CMOS图像传感器读出电路设计

针对CMOS图像传感器中相关多采样(Correlated Multiple Sampling,CMS)技术在抑制噪声的同时使读出速度受影响的问题,设计了低噪声读出电路。读出电路采用列共用多采样技术,能够在不影响读出速度的情况下,抑制时域噪声和列固定模式噪声(Fixed Pattern Noise,FPN),改善CMOS图像传感器的成像质量。列共用多采样技术采用开关控制读出电路和像素的连接关系,以多列共用的读出电路对像素依次进行时序错开时间缩短的多次采样,完成所有像素量化的总时间保持不变。基于列共用多采样技术读出电路的降噪效果在110 nm的CMOS工艺下进行了仿真和验证。随着采样数M从1到4变化,读出时间没有增长,瞬态噪声仿真得到整个读出链路的输入参考噪声从123.8μV降低到60.6μV;加入列FPN进行仿真,输入参考失调电压由138μV降低到69μV。