光电子技术与器件 电视、电视技术

TN948.41 2007054620基于USB的摄像机阵列的设计与实现=Design andi mple-mentation of camera array based on USB[刊,中]/谭树人(国防科技大学信息系统与管理学院.湖南,长沙(410073)) ,徐伟…//半导体光电.? 2007 ,28(2) .? 275-278描述了一种新颖的图像采集系统—摄像机阵列,提出了一种可配置的摄像机阵列的结构,该结构中的所有摄像机采用CMOS图像传感器采集图像,可以控制图像的尺寸和帧率。利用数字信号处理器(DSP)对图像进行处理和压缩,通过通用串行总线( USB)将来自所有摄像机的图像数据传送到PC进行存储和处理。图3参7(杨妹…     

TDI CMOS图像传感器曝光时间优化方法研究

为了提高时间延迟积分互补金属氧化物半导体(TDI CMOS)图像传感器的成像质量,研究了TDI CMOS图像传感器中曝光时间的选取对成像质量的影响。基于行滚筒曝光读出原理,分别分析了曝光时间对信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)的影响机理,根据分析结果,提出在级数已选定的情况下,曝光时间的选取存在最优值,此时得到的图像质量较好。为验证结论,基于自主研发的TDI CMOS图像传感器芯片及现场可编程门阵列(FPGA)开发板,搭建了TDI CMOS图像传感器成像测试系统。实验中采用MTF×SNR作为评价图像质量的指标,实验结果表明,在选定的相机参数下,积分级数为8级,光强为20 lx时,TDI CMOS图像传感器曝光时间选取64 ms时所得到的图像质量最好,此时MTF×SNR最大。     

帘幕式CMOS全局曝光成像技术

为了消除面阵CMOS航空相机高速成像时帘幕快门效应对成像质量的影响,分析了CMOS成像原理,开展了基于高速中心式机械快门与面阵CMOS图像传感器协同工作的全局曝光成像模式研究.建立了该成像模式下的航空高分辨率成像系统的信噪比模型与前向像移模型,并基于信噪比模型与前向像移模型论证存在合理的曝光时间参数.设计了体积小、质量轻、电驱动、曝光时间可准确控制的高速中心式机械快门,最短曝光时间可达1/2 000s,快门效率最高达80%.对采用自主研发的国产CMOS图像传感器的航空摄影相机参数进行验证计算,并进行直升机载人带飞拍摄实验.影像结果表明:该成像模式曝光时间参数论证正确,影像无拉伸、扭曲及拖尾现象,相机动态传递函数为0.21(奈奎斯特截止频率处),能够满足实际应用需求.     

质子辐照下正照式和背照式图像传感器的单粒子瞬态效应

CMOS图像传感器应用于空间任务时容易受到质子单粒子效应影响.本文采用商用正照式(FSI)和背照式(BSI)CMOS图像传感器开展了不同能量的质子辐照实验,实验中通过在线测试方法分析质子单粒子效应.其中,质子能量最高为200 Me V,总注量为10¹⁰ particle/cm~2,结果未发现外围电路的单粒子效应,但观察到像素阵列出现不同形状的单粒子瞬态亮斑.通过提取瞬态亮斑沉积能量和尺寸大小两个特征参数,比较了不同能量质子对瞬态亮斑特征的影响,以及FSI和BSI中瞬态亮斑特征的差异.最后,结合仿真方法,与实验结果进行比较,预测了质子在CMOS图像传感器像素单元产生瞬态亮斑的能量沉积分布.仿真结果验证了光电二极管耗尽区厚度减小和外延层减薄是导致BSI图像传感器中质子能量沉积分布左移的主要因素.     

两种高速CMOS图像传感器的应用与测试

采用MI-MV13和LUPA-1300-2两种不同厂家型号的高速CMOS图像传感器,设计了分辨率为1 280×1 024的300～500 frame/s高速数字工业相机,并在实验室条件下对设计相机进行了关键性能指标对比测试,得到了光谱响应及量子效率、增益、动态范围、暗电流、读出噪声、光电响应非均匀性等测试结果。测试分析显示,LUPA-1300-2的峰值量子效率为50%,比MI-MV13的峰值量子效率高12%,与厂家的参考指标基本一致。测试结果证明:该测试方法正确,对两种高速CMOS图像传感器的关键性能指标的测试客观可信,所设计的高速CMOS摄像机的性能基本满足高帧频摄像的要求。     

两种高速CMOS图像传感器的应用与测试

采用MI-MV13和LUPA-1300-2两种不同厂家型号的高速CMOS图像传感器,设计了分辨率为1 280×1 024的300～500 frame/s高速数字工业相机,并在实验室条件下对设计相机进行了关键性能指标对比测试,得到了光谱响应及量子效率、增益、动态范围、暗电流、读出噪声、光电响应非均匀性等测试结果。测试分析显示,LUPA-1300-2的峰值量子效率为50%,比MI-MV13的峰值量子效率高12%,与厂家的参考指标基本一致。测试结果证明：该测试方法正确,对两种高速CMOS图像传感器的关键性能指标的测试客观可信,所设计的高速CMOS摄像机的性能基本满足高帧频摄像的要求。     

CMOS图像传感器在空间技术中的应用

介绍了CMOSAPS(有源像素图像传感器 )的原理与结构 ,并介绍了发展现状。详细分析比较了CMOS图像传感器相对CCD的性能特点 ,讨论了CMOS图像传感器在空间技术中的可应用领域 ,尤其是在微纳型卫星遥感成像、姿态敏感方面替代CCD的应用可行性     

基于CCD与CMOS的图像传感技术

概述了CCD图像传感器的原理、特点及发展趋势。对CMOS图像传感器的结构和工作原理,尤其是CMOS与CCD两类图像传感之间的不同进行综述。重点介绍了CMOS图像传感器的研究现状和发展趋势。     

可微调非粘结光锥阵列耦合数字X射线探测器

光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径,但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足,设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制,特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下,通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点,设计了基于ARM+4FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统,所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm,能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.     

数码相机图像传感器技术

介绍了数码相机中图像传感器的关键技术和相关的新技术。目前广泛被使用的图像传感器是CCD、SuperCCD和CMOSImageSensor(互补性氧化金属半导体图像传感器)。在分析和介绍图像传感器的结构、读出方式、彩色滤光阵列(CFA)等技术内容的基础上,对数码相机设计采用的图像传感器在关键技术指标进行了综合对比。     

A high-speed image sensing technique with adjustable frame rate based on an ordinary CCD

In the sinusoidal phase modulating interferometer technique, the high-speed CCD is necessary to detect the interference signals. The reason of ordinary CCD's low frame rate was analyzed, and a novel high-speed image sensing technique with adjustable frame rate based on an ordinary CCD was proposed. And the principle of the image sensor was analyzed. When the maximum frequency and channel bandwidth were constant, a custom high-speed sensor was designed by using the ordinary CCD under the control of the special driving circuit. The frame rate of the ordinary CCD has been enhanced by controlling the number of pixels of every frame; therefore, the ordinary of CCD can be used as the high frame rate image sensor with small amount of pixels. The multi-output high-speed image sensor has the deficiencies of low accuracy, and high cost, while the high-speed image senor with small number of pixels by using this technique can overcome theses faults. The light intensity varying with time was measured by using the image sensor. The frame rate was up to 1600 frame per second (f/s), and the size of every frame and the frame rate were adjustable. The correlation coefficient between the measurement result and the standard values were higher than 0.98026, and the relative error was lower than 0.53%. The experimental results show that this sensor is fit to the measurements of sinusoidal phase modulating interferometer technique.     

面阵傅里叶变换太阳光谱仪高速采集系统设计与实现

同时或准同时多谱线太阳成像观测可以获得太阳大气三维磁场和热力学参数,是未来太阳观测焦面终端设备的重点发展方向。傅里叶光谱仪具有宽波段、高灵敏度、高光谱分辨率的优势,但因受限于高帧频、大面阵探测器制约,尚未用于太阳光谱成像常规观测。随着CMOS图像传感器技术迅猛发展,在可见光和近红外波段,探测器面阵大小和帧频相比传统CCD探测器有了质的提升,使得面阵傅里叶太阳光谱仪研制成为可能。通过引入高帧频面阵CMOS图像传感器,针对面阵傅里叶变换太阳光谱仪科学需求,设计了一套高速数据采集软硬件系统,实现了面阵傅里叶太阳光谱仪10 kHz高速触发,万帧/秒快速采集,0.5 GB·s-1大数据量连续、实时存储等功能。在此基础上,依托国家天文台怀柔太阳观测基地现有的IFS-125HR傅里叶变换光谱仪, 搭建可见光实验系统,以可见光色球谱线（Hα 656.3 nm）及其附近光球谱线为目标波长,开展面源太阳光谱探测。分别以实验室钨灯和太阳为光源,进行等光程差间隔采样,成功获得了面阵干涉图,首次反演得到面源窄带连续谱以及656.3 nm附近太阳色球和光球线。采用交叉定标方式,将得到的太阳光谱与美国国立太阳天文台NSO傅里叶变换光谱仪获得的标准光谱在同等分辨率下进行比较,结果基本一致,验证了新研制的面阵傅里叶太阳光谱仪高速数据采集系统性能及面阵傅里叶变换太阳光谱仪在太阳观测中的可行性。该研究为后续可见光宽波段面阵傅里叶太阳光谱仪的研制奠定了技术基础,同时为“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（AIMS）后续从线源扩展到面源观测积累了宝贵经验。     

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究,着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理.实验的总剂量为200 krad(Si),测试点分别为30 krad(Si),100 krad(Si),150 krad(Si)和200 krad(Si),剂量率为50 rad(Si)/s.实验结果发现随着辐照总剂量的增加,器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加.其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因,而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流.实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化,并且与3晶体管像素结构不同,4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.     

一种基于地址-事件表达的实时视觉传感器实现方法

为获取高帧频、大动态范围、低数据量的精确视觉信息,提出了一种基于地址-事件表达(AER)的实时视觉CMOS传感器实现方法。采用AER方式,多模式的行仲裁及实时时间标记,有效减小读出数据量,减小时域行间信息扭曲;利用像素级光强变化感知电路探测光强变化,双采样脉冲宽度调制(PWM)电路量化光强。仿真结果显示,在100lx光强下,获得最小等效帧频1000frame/s,10lx光强下为100frame/s,静态动态范围大于133dB,视频动态范围48.16dB,并可实现实时时间标记、多模式仲裁的功能,减小输出数据量11.61%～42.74%。结果表明,该方法可完成实时视觉信息的采集、处理、输出,适用于高速、高动态范围视觉领域。     

基于嵌入式的数字显微镜图像采集系统的研究

提出了一种在ARM9开发平台上构建数字显微镜图像采集系统的实现方案。通过CMOS图像采集模块把显微镜下物体的图像信息转换成数字信号,输入到S3C2410的开发平台,然后图像被显示到LCD液晶屏上或存储到SD卡上。系统通过相应的程序可以实现显微图像的采集、显示、存储等操作。实验结果表明,该系统采集的图像清晰,并且具有性能稳定、体积小、成本低等优点。     

CMOS传感器感光范围测定系统及其可编程接口的实现

介绍了一种实用的CMOS传感器感光范围测定系统。利用积分球作标准光源,并用逻辑分析仪作数字输出信号的分析统计,测出CMOS传感器光照度接收曲线。在此基础上提出了一种基于可编程接口(FPGA)芯片控制的CMOS传感器自动调光技术。利用FPGA控制CMOS传感器的电子快门,以此来控制其光照度,达到自动调光的目的。由于FPGA是在线可编程器件,具有电路简单,实时性好,适应性强等特点,并能与后期的图像处理有机结合,所以简化了整个系统的设计。     

高保真图像与视频处理技术

得益于对图像技术多年的深入研究和持续投入,数字图像在空间、频域和时域的保真度一直稳步提升,现在已经可以赶上甚至超过传统胶卷。但是无论传感技术如何发展,总会有一些令人兴奋的新应用要求更高的图像精度。医药、空间、工程和科学领域的研究人员总是渴望得到更小尺度、更精确的图像细节。由于传感器件自身的保真能力受到物理定律的严格限制,所以用户不能指望仅仅靠传感器本身达到这些成像要求。而通过信号处理技术从算法上提高传感器件的成像精度已经并且将会在图像与视频处理以及机器视觉领域扮演重要的角色。介绍了高保真图像与视频处理领域的一些技术难题,并回顾了已经存在的和正在兴起的解决这些难题的科学方法和技术手段。     

基于CMOS图像传感器的可见光遥感相机原型系统设计

遥感器是遥感技术应用的基础设备,它决定了遥感系统的成像质量。介绍了光电传感器在可见光遥感中的应用,阐述了光电遥感器的结构与关键技术,提出了CMOS数字传感器在遥感领域应用中所具有的优势,设计并实现了基于CMOS传感器的光电成像原型系统。结果表明,遥感相机的图像获取、数据存储的基本功能为CMOS在可见光遥感应用中的相关问题提供了研究平台和技术储备。