CMOS圖像傳感器的優化方法

CMOS圖像傳感器的優化方法

差分二進制像素技術是一種基于閾值控制，讀取和重建圖像的方法，其在四晶體管（4T）CMOS圖像傳感器（CIS）中利用子幀部分電荷轉移技術，利用子幀部分電荷轉移技術實現做快速變速運動物體的的高動態范圍（HDR）圖像。HDR圖像方法基于差分二進制像素技術，可提高低光信噪比（SNR）。

過去15年來，由于手機市場的快速增長和CMOS技術的發展，推動了圖像行業的轉型。像素可以減小到1.0μm，但隨著像素物理尺寸的減小，減少了單個像素中累積的光子數量，從而限制了傳感器的DR（動態范圍），同時也降低了低光敏度。

為了解決這些問題，許多公司開始使用大尺寸像素傳感器，以獲得高動態范圍圖像及改善低光敏感度。對于應用于移動設備（如手機）的圖像傳感器，目標是獲得匹配人眼的DR，約為85dB，而典型的小像素圖像傳感器僅產生65dB的DR，達不到人眼要求。通過應用HDR圖像方法，可以不增加像素大小，消除這一差距。 HDR方法允許圖像傳感器在高動態范圍場景的高光和低光區域捕獲細節。

文中使用單片有100萬像素（MP）的TSMC 65nm 1.1μm測試芯片陣列與COMS組成CIS，并將采用HDR圖像方法與采用傳統全電荷傳輸的過采樣方法CIS進行HDR圖像比較。結果表明，采用HDR圖像方法的CIS顯示出卓越的HDR圖像功能。

本文介紹了差分二進制像素技術，將其與目前市場上的傳統圖像捕獲方法進行比較。 提出了使用常規CMOS與HDR方法的圖像捕獲方法。文中還描述了傳感器的設計思路，并列出了傳感器完整架構的各種參數。

網址：https://doi.org/10.2352/ISSN.2470-1173.2017.11.IMSE-186

作者：Salman Kabir

編譯：徐嘉浩