CMOS圖像傳感器錯位成像原理的研究.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)展的兩個關(guān)鍵問題。因此，研究解決這兩個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像素錯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，對彼此存在半個像素錯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位順序曝光方法。該方法改多次曝光的同時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像素的錯位，并運(yùn)用上述半像素錯位合成