基于相关多采样的TDI型CMOS图像传感器模拟域累加器及应用方法
2025-02-26 20:04
No.1344399793405042688
技术概要
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本技术公开了基于相关多采样的TDI型CMOS图像传感器模拟域累加器,包括相关多采样电路和32级模拟域累加器,相关多采样的输出端与32级模拟域累加器输入端连接,相关多采样电路用于将像素输出的信号进行多次采样平均,32级模拟域累加器用于将相关多采样电路多次采样平均后的输出信号存储在积分器的存储电容上,多次重复操作,实现模拟域的多级累加;本发明还公开了基于相关多采样的TDI型CMOS图像传感器模拟域累加器的应用方法,相关多采样电路在对像素输出的信号进行多次采样平均时,会降低该信号的噪声,即会降低每次累加信号的噪声,因此随着模拟域累加器的累加级数提高,图像传感器的信噪比也会不断提升。
背景技术
时间延迟积分(TDI)技术是指对同一个图像进行多次曝光拍摄,并将拍摄获得的相同像素点信息进行累加,从而增长曝光时间,增强所获得的信息强度。图像传感器的行数N,即为后级信号累加器累加次数,因此,当拍摄同一个图像,图像中任一像素点上的信息都会被累加N次,信号的能量增大N2 倍,而整个累加过程中产生的噪声能量,则会变为原来的N倍,所以图像信号的增幅大于噪声,从而实现了可以获得更高信噪比图像的可能。而且随着累加级数的提升,拍摄所得的图像的信噪比也在不断提升。因此,时间延迟积分图像传感器适用于较低的光照环境下,拍摄更高信噪比的图像。 电荷耦合器件(CCD)图像传感器基于其自身结构特点,是采用转移电荷包的方式来实现图像信号输出的,而TDI图像传感器电荷域累加器的应用方法十分适用于CCD图像传感器的像素结构,在电荷域累加过程中可以基于CCD图像传感器的像素结构,同时配合一定时序,来实现相同信号电荷包的转移和累加,而且累加噪声很低,因此,TDI图像传感器发展早期采用的CCD图像传感器结构,但其缺点是功耗较高、较难与CMOS工艺兼容。后来随着CMOS图像传感器技术的不断发展,该技术的集成度越来越高,成本、功耗越来越低,且在暗电流,光响应,噪声等方面的性能也得到了明显的提升,因此TDI CMOS 图像传感器的研究和发展正在如火如荼地进行中。 现今,TDI型CMOS图像传感器的累加方式主要有以下几种,分别为电荷域累加、模拟域累加、数字域累加以及混合域累加。电荷域累加在像素中实现,其特点是累加噪声低,但电路设计难度较高;模拟域累加在读出电路前端实现,其特点是,电路设计简单,但电路面积以及高级数寄生限制了累加级数;数字域累加在模数转换器之后实现,其特点是,累加级数无上限,但需要高速的模数转换器以及较高功耗;混合域累加是基于上述三种累加方式任意组合而成,其特点是,具有多种累加方式的优点,同时也兼具了各自的缺点。因此为了获得更高信噪比的图像,需要对以上方法进行改进。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
郭仲杰  王艺哲  张金澳  郭丹宁
技术所属: 西安理工大学
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