CMOS圖像傳感器的優(yōu)化方法

差分二進(jìn)制像素技術(shù)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(zhuǎn)移技術(shù)，利用子幀部分電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)現(xiàn)做快速變速運(yùn)動(dòng)物體的的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）圖像。HDR圖像方法基于差分二進(jìn)制像素技術(shù)，可提高低光信噪比（SNR）。

過(guò)去15年來(lái)，由于手機(jī)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)和CMOS技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了圖像行業(yè)的轉(zhuǎn)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(gè)像素中累積的光子數(shù)量，從而限制了傳感器的DR（動(dòng)態(tài)范圍），同時(shí)也降低了低光敏度。

為了解決這些問(wèn)題，許多公司開(kāi)始使用大尺寸像素傳感器，以獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像及改善低光敏感度。對(duì)于應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)）的圖像傳感器，目標(biāo)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(chǎn)生65dB的DR，達(dá)不到人眼要求。通過(guò)應(yīng)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(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景的高光和低光區(qū)域捕獲細(xì)節(jié)。

文中使用單片有100萬(wàn)像素（MP）的TSMC 65nm 1.1μm測(cè)試芯片陣列與COMS組成CIS，并將采用HDR圖像方法與采用傳統(tǒng)全電荷傳輸?shù)倪^(guò)采樣方法CIS進(jìn)行HDR圖像比較。結(jié)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(jìn)制像素技術(shù)，將其與目前市場(chǎng)上的傳統(tǒng)圖像捕獲方法進(jìn)行比較。 提出了使用常規(guī)CMOS與HDR方法的圖像捕獲方法。文中還描述了傳感器的設(shè)計(jì)思路，并列出了傳感器完整架構(gòu)的各種參數(shù)。

網(wǎng)址：https://doi.org/10.2352/ISSN.2470-1173.2017.11.IMSE-186

作者：Salman Kabir

編譯：徐嘉浩