天基系统CMOS图像传感器成像距离研究

CMOS图像传感器以其集成度高、功耗低、抗辐射能力强和成本低等优势已经逐渐被应用到天基空间目标可见光监测系统中.作为系统成像能力和识别能力的重要指标,准确地分析和评估CMOS图像传感器的成像距离是天基系统设计的前提和基础.在对CMOS和CCD传感器进行对比的基础上,从信噪比的角度出发,以深空作为背景,根据光度学和辐射度学的基本原理,对基于CMOS图像传感器的天基空间目标监测系统的成像距离进行了详细分析和公式推导,并以STAR-1000CMOS图像传感器为例验证了理论模型和计算公式的正确性,最后对进一步提高CMOS图像传感器成像距离的方法进行了简要分析.     

双CMOS图像传感器的抗晕光图像采集系统设计

为解决CMOS图像传感器采集图像时产生晕光问题,提出一种CMOS图像传感器的抗晕光图像采集系统设计方案.TMS320C6414采用阈值化分割算法,对两路图像数据进行剪裁,汲取各自图像的优点,输出一路比较清晰的图像信息.其效果相当于扩大了CMOS图像传感器的动态范围,从而达到抗晕光的效果.     

基于高速DSP处理器的CMOS图像采集系统

提出一种以高度集成的CMOS图像传感器模组作为光学图像接收器件,以高速DSP处理器作为核心处理器件的基于CMOS图像传感器和高速DSP处理器的图像采集系统。介绍了系统的硬软件设计和质心计算的算法。结果表明,基于高速DSP处理器的CMOS图像采集系统可作为独立单元存在,并具有体积小、处理速度快、成本低且功耗低等优点。     

应用于CMOS图像传感器的联合降噪插值算法研究

提出了一种可应用于CMOS图像传感器的联合并行图像预处理算法,其中,色彩插值算法采用双线性插值法和边缘导向插值法相结合的方式来完成色彩还原,而降噪算法采用带阈值的空间自适应滤波降噪算法,在硬件语言描述算法时,将两种算法的处理过程进行了联合处理.实验仿真结果表明,通过对算法进行ISE仿真和Matlab显示处理,得到色彩饱和度较高的彩色图像,峰值信噪比(PSNR)为30～36 dB.整个处理过程有效地简化了片上系统(SOC)的图像处理过程,提高了算法的运算速度,节省了芯片面积且降低了系统功耗,为CMOS图像传感器的片上系统集成化设计提供了技术支持.     

一种应用于CMOS图像传感器的逐行转隔行数据缓存方法

从结构设计和方法优化入手,提出了基于双SRAM缓存结构并采用乒乓读写原理的CMOS图像传感器逐行转隔行数据缓存方法.该方法采用两组SRAM作为缓存,并利用乒乓读写原理,抽取逐行数据中奇数帧周期的奇数行作为隔行数据的奇数场,抽取逐行数据中偶数帧周期的偶数行作为隔行数据的偶数场,最终实现CMOS图像传感器逐行数据到奇偶隔行数据的转换.相比传统的采用片外帧存储处理方式,极大地减小了存储面积,便于实现与CMOS图像传感器的单芯片集成,降低了成本,同时也极大地降低了电路工作时的存储读写功耗.     

一种新型CMOS图像传感器的设计

为了提高CMOS图像传感器的图像质量,通过对图像主要的噪声源以及图像失真的分析,提出一种新型的CMOS有源像素图像传感器.该CMOS图像传感器使用4T有源像素,大大提高了图像传感器的灵敏度.通过在传感器中集成图像预处理功能,对改善图像的质量起到了很好的效果.     

CMOS图像传感器的最新进展及应用

随着多媒体、数字电视,可视通信等领域的热点增加,CMOS图像传感器应用前景更加广阔,在实现小像素尺寸方面,CMOS图像传感器取得了快速的进步,已有3.3μm×3.3μm像素尺寸的报道。采用0.25μm CMOS工艺技术,将生产出高性能的CMOS图像传感器,高性能CMOS摄像机有希望短期内大量出现,彩色CMOS摄像机在     

基于互信息的紫外成像仪中图像配准研究

紫外成像仪为实现放电点定位和电气设备故障诊断,需要对来自不同传感器的紫外与可见光图像进行配准。针对紫外与可见光图像成像原理差异较大,特征点提取及匹配困难的问题,文章提出一种基于互信息的紫外与可见光图像配准算法并将其应用到紫外成像仪中完成实时配准。首先计算紫外与可见光图像中的互信息,将互信息作为相似性测度,采用刚体变换模型对图像进行变换,然后通过1+1进化算法求取最优相似性测度时的空间变换参数而完成图像配准,并通过仿真和紫外成像仪样机验证了所提算法的有效性。     

APS CMOS图像传感器复位电路的设计研究

本文分析了APS CMOS图像传感器传统像素复位电路引起的动态范围缩小、固定图像噪音增大和图像滞后等问题.比较了两种复位电路改进方案的优势与不足.提出了采用电荷泵电路设计APS CMOS图像传感器复位电路的新方案.该方案增加了CMOS图像传感器的动态范围,消除了复位引起的固定图像噪音和图像滞后,避免了前两种方案的不足.所有的电路仿真均在CHRT 0.35 μm工艺基础上完成.     

基于传感器参数和改良CPD算法的红外与可见光图像点云配准

为实现前下视红外图像与可见光图像的有效配准,提出了一种基于传感器参数和改良CPD算法的红外与可见光图像自动配准算法.首先,利用传感器的姿态和高度信息,对前下视红外图像进行几何透视校正,消除图像间的旋转和比例缩放等差异;然后,对可见光图像和校正后的红外图像提取边缘特征点,基于相似变换模型,利用改良的CPD算法对其实现精配准.实测数据验证表明,该方法能实现对红外与可见光图像的良好配准,配准精度达到1个像素左右.     

An efficient demodulation scheme for VLC signal image processing

With the development of visible light communication (VLC) and widespread applications of smart terminals with complementary-metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor, researchers pay more and more attention in VLC systems with CMOS-based receiver. The blooming effect and light noise make the threshold decision in image processing difficult, which deteriorates the system performance a lot. In this paper, an efficient demodulation scheme is proposed to improve the performance of image processing. In the proposed demodulation scheme, a region of interest (ROI) based column matrix selection scheme is employed to avoid blooming effect, and an adaptive contrast enhancement (ACE) algorithm is designed to increase the contrast of bright and dark stripes. Experimental results show that the proposed scheme especially fits for high fluctuation data pattern. The demodulation with a data rate of 5.76 kbit/s can successfully achieve 7% forward error correction (FEC) limit even when the illuminance is very low.     

Optimum Design of Conversion Gain and Full Well Capacity in CMOS Image Sensor With Lateral Overflow Integration Capacitor

An optimum design theory to clarify a possible limit of achieving both high conversion gain (CG) and full well capacity (FWC) at the same time in a CMOS image sensor with a lateral overflow integration capacitor (LOFIC) in a pixel is discussed. The possible limit of both high CG and high FWC is theoretically derived from a signal-to-noise-ratio (SNR) formula at a switching point from a low light signal (S1) to a bright one (S2). Based on this theory, a 1/4-in VGA-format 5.6-mum-pixel-pitch CMOS image sensor has been fabricated through a 0.18-mum 2P3M CMOS technology. A high-quality wide-dynamic-range image sensing has been demonstrated with no significant visible noise, achieving over 32 dB of SNR for an 18% gray card.     

超连续谱光源辐照可见光CMOS图像传感器的实验研究

研究了超连续谱光源对可见光CMOS图像传感器辐照的实验现象和规律。观察到随着入射激光功率的不断增大，CMOS图像传感器依次出现了像元饱和、局部饱和、局部过饱和以及全屏饱和等现象。与1 060 nm锁模光纤激光辐照同种图像传感器的实验相对比，从有效干扰面积、图像相关度及图像均方差等三个方面，对比了两种干扰源在影响CMOS图像传感器成像质量方面的异同，发现CMOS图像传感器的响应特性、激光的频谱特性和成像光学系统的色散是导致干扰效果差异的主要原因。     

Non-Uniform Time Slot Based Modulation for Visible Light Communication System

Recently, visible light communication (VLC) has got increasing attention in the field of indoor wireless communications. VLC has the obligation of lighting besides data communications. The IEEE 802.15.7 task group proposed a VLC modulation format named color shift keying in which data symbols are defined based on the diffused light wavelength. This paper presents a new modulation scheme for indoor wireless visible light communication system named non-uniform time slot modulation (NUTS). The NUTS modulation scheme defines the feeder signals of red, green and blue LEDs as rectangular pulses with appropriate width and their positions. In this method, the time axes of all the three light sources (channels) are slotted to some non-uniform durations that all symbols are spanned over these slots as orthogonal dimensions. The proposed scheme has some advantages with respect to other approaches such as low bit error rate and high bit rate. Furthermore, it provides appropriate synchronization capability. Besides, in the design of NUTS modulation scheme it has been tried to deliberate all practical constraints, as far as possible.     

基于可见光通信的图像传输系统的设计

针对目前可见光通信传输速率低、难以实现图像通信的问题,通过研究高亮度白光LED光强调制原理和光电检测器特性,研制了一种可见光图像传输系统.设计了系统的光发射与接收电路,编写了图像传输与显示程序.通过实验验证,系统实现了通信速率为2 Mbit/s的PC机到PC机的字符及图像传输,为高速可见光通信的发展提供了一种可靠的电路设计方案.     

基于MIMO的可见光通信系统研究

可见光通信是利用LED发出的可见光传输信息的,可见光通信兼顾照明和通信,同时LED具备发光强度高、耗能低、无电磁干扰,有着巨大的发展潜力。文章指出,将MIMO技术应用于可见光通信系统,合理地对LED进行布局,可提升系统的可靠性。同时文章研究了可见光通信系统中的调制技术,比较了几种常见的调制技术,分析了各自的优缺点。     

基于多像素光子计数器的弱光可见光通信实验系统

可见光通信是一种将照明和通信相结合的新型无线通信技术,但是接收端所采用的传统光电检测器的探测动态范围小、探测效率低,限制着可见光通信的发展。为了进一步提升传输距离和通信速率,本文研究了阵列结构的多像素光子计数器(Multi-pixel Photon Counter, MPPC)在可见光通信中的接收模型。实验采用模拟型输出的MPPC作为接收端进行光电转换,首先在弱光实验条件下搭建了可见光通信实验系统,然后推导了基于理想泊松模型的最大似然检测算法并给出了相应的误码率仿真图。仿真结果表明该算法的误码率性能和传统均值检测算法相比更优。最后通过观察不同传输条件下的眼图研究了阵列结构输出的泊松模型和叠加特性,并用实验数据对算法仿真结果进行了验证。实验表明,在工程应用中阵列结构的MPPC相比传统单光子检测器具有一定的优越性,为后续可见光通信系统设计和优化提供了支撑。      

一种基于新颖的CMOS有源像素图像传感器的微型星敏感器成像系统的实现方法

下一代星敏感器将向着小型化、低成本、低功耗的方向发展,以往的基于CCD图像传感器的成像系统由于受自身因素的制约,难以满足其发展需求.文中介绍了一种基于新颖的CMOS有源像素图像传感器的USB数字成像系统的设计实现,通过对实现的系统模型进行测试和分析,得出结论即基于CMOS有源图像传感器的成像系统完全有能力作为下一代星敏感器的光电探测器件,从而为微型星敏感器成像系统的实现提供了一种切实可行的方案.     

一种基于0.18μm CMOS工艺的智能传感器网络节点设计与实现

针对当前无线监测网络节点存在无线通信距离小、数据传输周期短等问题,设计并实现了一种基于0.18 μm CMOS工艺的智能传感器网络节点.该无线传感器网络节点由无线传感器模块、CC2430处理器模块、无线通信模块以及电源模块构成.其中,CC2430处理器模块采用0.18 μm CMOS工艺控制电流损耗和模式变换时间,提高电源的运行周期,并采用0.18 μm CMOS工艺中低噪声放大器和UQ下变频对天线采集的射频信号进行操作,获取2.4 GHz的数据扩频,增强CC2420的无线通信抗干扰性能.设计了无线传感器网络节点中的SHTIO温湿度传感器、MS5534B集成压阻式压力传感器和ADXL202E双轴加速度传感器,并给出节点软件的结构和主程序流程.实验检测结果表明,设计的无线传感器网络具备较优的运行性能,丢包率较低,通信距离与运行周期明显优于传统方法.     

一种适用于昼夜兼容CMOS图像传感器的动态范围拓展方法

为了提高CMOS图像传感器的动态范围并应用于昼夜兼容成像,提出了一种新的动态范围拓展方法。该方法在像素中设置多个复位屏障,以延长曝光过程中光电二极管的饱和时间,同时通过在不同成像环境中切换像素积分电容大小,提高微光成像时的响应灵敏度和强光成像时的满阱容量,从而实现昼夜兼容高动态成像。经MATLAB仿真证明,该方法可将传统CMOS图像传感器的动态范围从61 dB拓展到102 dB。