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            CCD類成像器件的噪聲研究

            作者: 時間:2010-07-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            光散粒和暗電流散粒一樣,將入射光電二極管的光子數(shù)Ns的平方根當(dāng)作光散粒Nn。舉例來說,假設(shè)光強(qiáng)使一個光電二極管內(nèi)發(fā)生10 000個信號電荷的條件下,發(fā)生100個光散粒噪聲,信噪比為40 dB。
            總的說來,的散粒噪聲公式如下:

            根據(jù)式(4)可得出,要想提高散粒噪聲,使其成為主要噪聲來源,最直接的方法就是提高電子增益G。
            2.4 暗電流噪聲
            對于圖像傳感器而言,導(dǎo)致暗自點(diǎn)、白色損傷或顆粒的原因是由于光電二極管的暗電流,這也是決定畫質(zhì)最重要的因素。固定圖像噪聲的起因是各像素中暗電流不均勻,即使沒有入射光一樣會發(fā)生,它與噪聲信號電壓的儲存時間成正比,并具有與溫度密切相關(guān)的性質(zhì).如式(5)所示:

            由式(5)可以看出,暗電流噪聲的大小與溫度關(guān)系密切。另外,它還與點(diǎn)荷包在勢阱中存儲的時間長短有關(guān),存儲時間越長,暗電流噪聲越大。

            3 抑制圖像傳感器噪聲的方法
            在分析圖像質(zhì)量的時候,要考慮其信噪比,信噪比越高,圖像的質(zhì)量就越好。因此必須對決定圖像傳感器性能的信噪比,進(jìn)行綜合性評估。
            首先,一旦改變攝影條件,隨著噪聲種類的不同,有些會變得比較明顯,有些會出現(xiàn)大小的替換??紤]到攝影條件中的溫度,總體來說,隨機(jī)噪聲與絕對溫度的平方根成正比;另一方面,在固定圖像噪聲中,溫度每升高10℃,暗電流噪聲就會提高2倍,具有很強(qiáng)的溫度相關(guān)性。因此降低溫度可以減小隨機(jī)噪聲和暗電流噪聲。
            此外,考慮光強(qiáng)度的關(guān)系,光的散粒噪聲與信號電荷量的平方根成正比,當(dāng)光強(qiáng)度增加時,信噪比會變得越大,并且暗電流與信號的儲存時間成正比。存儲時間越長,暗電流噪聲就越大。因此應(yīng)盡量減低電荷的轉(zhuǎn)移時間。
            對于轉(zhuǎn)移噪聲,可以采用提高襯底電壓或者CCD電壓取反倒置來消除界面態(tài)的俘獲噪聲,并且降低的運(yùn)行溫度也可以使俘獲的噪聲明顯呈指數(shù)減小。另外,也可以將CCD在序列圖像取出之前放電,這樣也能有效減小轉(zhuǎn)移噪聲。對于輸出的復(fù)位噪聲,一般采用相關(guān)雙采樣電路來消除。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/162997.htm


            圖1是相關(guān)雙采樣的原理電路。根據(jù)圖1分析相關(guān)雙采樣電路的工作原理。當(dāng)開關(guān)打到t1時,復(fù)位電平為高電平的參考信號,經(jīng)過△τ時期,假設(shè)在電容C1上采樣保持的初始信號是n(t),這個信號包括復(fù)位電平、復(fù)位失調(diào)電壓和復(fù)位噪聲。當(dāng)開關(guān)打到t2時刻,復(fù)位電平為低電平,此時的電平攜帶有用信號,經(jīng)過△τ的時期送到差分放大器輸入端的信號除了復(fù)位電平,復(fù)位失調(diào)電壓和復(fù)位噪聲外,還要外加有用的視頻信號,因此可以表述成n(t)+s(t)。這個信號與C1電容上保持的信號經(jīng)過差分運(yùn)放輸出到C2電容之后,通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號。最理想的情況是n(t)+s(t)-n(t)=s(t),剩下的信號只是有用的視頻信號。因此對照圖1可以看出,CCD信號出來后經(jīng)過CDS電路,輸出的就是有用的視頻信號,復(fù)位噪聲已經(jīng)消除。
            在CCD的應(yīng)用領(lǐng)域中。相關(guān)雙采樣電路得到了廣泛的應(yīng)用。很多公司專門研發(fā)了相關(guān)雙采樣的集成電路芯片。這些專用芯片不僅使用方便,且性能也能得到很大的提高。CDS1402芯片是一種典型的相關(guān)雙采樣電路芯片,它是專門為CCD研制的,用來消除復(fù)位噪聲。 CDSl402進(jìn)行了優(yōu)化,適合用于10~14位轉(zhuǎn)換精度的數(shù)字視頻。低噪聲的CDS1402芯片也是利用對高低電平信號的采樣并相減來精確確定視屏信號的。結(jié)果在CCD輸出的浮動電容器上,那些剩余電荷和kTC噪聲被最大限度的消除。
            CDSl402芯片一共有24個引腳。它包含有2個獨(dú)立的采樣保持放大器和s/H電路。每個S/H電路都有獨(dú)立的控制線,輸入和輸出管腳,有兩個管腳提供偏置調(diào)流和調(diào)壓。一般來說,CCD的輸出信號都要連接到2個S/H的輸入端,S/H1端用來采集和保持偏置信號,它的輸出值與CCD輸出信號相減,當(dāng)CCD輸出偏置+視頻信號的時候,s/H2端就進(jìn)入信號的采集狀態(tài),從而獲得有用的視頻信號。



            關(guān)鍵詞: 研究 噪聲 器件 成像 CCD

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