CMOS图像传感器的优化方法

CMOS图像传感器的优化方法

差分二进制像素技术是一种基于阈值控制，读取和重建图像的方法，其在四晶体管（4T）CMOS图像传感器（CIS）中利用子帧部分电荷转移技术，利用子帧部分电荷转移技术实现做快速变速运动物体的的高动态范围（HDR）图像。HDR图像方法基于差分二进制像素技术，可提高低光信噪比（SNR）。

过去15年来，由于手机市场的快速增长和CMOS技术的发展，推动了图像行业的转型。像素可以减小到1.0μm，但随着像素物理尺寸的减小，减少了单个像素中累积的光子数量，从而限制了传感器的DR（动态范围），同时也降低了低光敏度。

为了解决这些问题，许多公司开始使用大尺寸像素传感器，以获得高动态范围图像及改善低光敏感度。对于应用于移动设备（如手机）的图像传感器，目标是获得匹配人眼的DR，约为85dB，而典型的小像素图像传感器仅产生65dB的DR，达不到人眼要求。通过应用HDR图像方法，可以不增加像素大小，消除这一差距。 HDR方法允许图像传感器在高动态范围场景的高光和低光区域捕获细节。

文中使用单片有100万像素（MP）的TSMC 65nm 1.1μm测试芯片阵列与COMS组成CIS，并将采用HDR图像方法与采用传统全电荷传输的过采样方法CIS进行HDR图像比较。结果表明，采用HDR图像方法的CIS显示出卓越的HDR图像功能。

本文介绍了差分二进制像素技术，将其与目前市场上的传统图像捕获方法进行比较。 提出了使用常规CMOS与HDR方法的图像捕获方法。文中还描述了传感器的设计思路，并列出了传感器完整架构的各种参数。

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

作者：Salman Kabir

编译：徐嘉浩