目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 圖像傳感系統(tǒng) 1
1.2 圖像傳感系統(tǒng)發(fā)展概述 4
1.2.1 光電探測(cè)器技術(shù) 4
1.2.2 圖像傳感芯片技術(shù) 6
1.2.3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 9
1.3 圖像傳感芯片典型應(yīng)用場(chǎng)景 11
1.3.1 圖像傳感芯片用于移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域 11
1.3.2 圖像傳感芯片用于安防監(jiān)控領(lǐng)域 12
1.3.3 圖像傳感芯片用于車載領(lǐng)域 12
1.3.4 圖像傳感芯片用于三維成像和測(cè)距 13
1.3.5 圖像傳感芯片用于空間領(lǐng)域 14
1.3.6 圖像傳感芯片用于熒光壽命成像領(lǐng)域 15
參考文獻(xiàn) 15
第2章 圖像傳感芯片指標(biāo) 17
2.1 圖像傳感器的分類 17
2.1.1 CCD圖像傳感器與CMOS 圖像傳感器 17
2.1.2 面陣圖像傳感器與線陣圖像傳感器 19
2.1.3 二維圖像傳感器與三維圖像傳感器 19
2.1.4 模擬輸出、數(shù)字輸出與SoC 型圖像傳感器 20
2.1.5 正照式圖像傳感器與背照式圖像傳感器 21
2.1.6 滾筒式曝光圖像傳感器與全局曝光圖像傳感器 22
2.1.7 典型圖像傳感器簡(jiǎn)介 23
2.2 工作條件 29
2.2.1 工作溫度、供電電壓與環(huán)境輻照 29
2.2.2 圖像傳感芯片工作載板 30
2.3 圖像傳感芯片參數(shù) 31
2.3.1 分辨率 31
2.3.2 填充因子 31
2.3.3 吸收系數(shù) 32
2.3.4 量子效率 32
2.3.5 轉(zhuǎn)換增益 33
2.3.6 全局系統(tǒng)增益 33
2.3.7 靈敏度 34
2.3.8 滿阱容量 35
2.3.9 暗電流 35
2.3.10 噪聲 36
2.3.11 非均勻性 39
2.3.12 信噪比 40
2.3.13 動(dòng)態(tài)范圍 40
2.3.14 量化位數(shù) 41
2.3.15 幀頻與功耗 41
2.3.16 圖像處理計(jì)算量 41
參考文獻(xiàn) 42
第3章 圖像傳感芯片感光機(jī)理和關(guān)鍵工藝 43
3.1 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 43
3.1.1 硅的光電效應(yīng) 43
3.1.2 載流子的產(chǎn)生 44
3.1.3 載流子的復(fù)合 46
3.1.4 光線的反射 46
3.1.5 光電流的收集 46
3.1.6 光電流的積分和轉(zhuǎn)換 50
3.2 光電探測(cè)器件及像素結(jié)構(gòu) 53
3.2.1 光電探測(cè)器件 53
3.2.2 CCD像素結(jié)構(gòu) 55
3.2.3 CMOS像素結(jié)構(gòu) 56
3.3 CMOS圖像傳感器關(guān)鍵工藝 63
3.3.1 CMOS工藝流程 63
3.3.2 正照與背照技術(shù) 70
3.3.3 三維堆疊技術(shù) 72
3.3.4 光刻板拼接技術(shù) 74
參考文獻(xiàn) 77
第4章 CMOS圖像傳感芯片 78
4.1 CMOS圖像傳感芯片架構(gòu) 78
4.2 CMOS圖像傳感芯片電路模塊 83
4.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 83
4.2.2 相關(guān)雙采樣電路 93
4.2.3 電荷泵 97
4.2.4 帶隙基準(zhǔn) 106
4.2.5 鎖相環(huán) 109
4.2.6 總線 114
4.2.7 高速接口 120
4.2.8 圖像信號(hào)處理器 126
4.3 CMOS圖像傳感器仿真模型 129
4.3.1 光電轉(zhuǎn)換模塊 130
4.3.2 電壓轉(zhuǎn)換模塊 134
4.3.3 源極跟隨器 136
4.3.4 讀出電路 144
4.3.5 陣列仿真模塊 146
參考文獻(xiàn) 149
第5章 大動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感芯片 150
5.1 大動(dòng)態(tài)范圍成像原理 150
5.1.1 動(dòng)態(tài)范圍分析 150
5.1.2 大動(dòng)態(tài)范圍成像挑戰(zhàn) 153
5.2 動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù) 155
5.2.1 多次曝光技術(shù) 155
5.2.2 非線性響應(yīng)像素設(shè)計(jì) 158
5.2.3 多靈敏度設(shè)計(jì) 161
5.3 典型應(yīng)用 165
5.3.1 消費(fèi)電子 165
5.3.2 智能駕駛 165
參考文獻(xiàn) 166
第6章 單光子圖像傳感器 167
6.1 單光子雪崩二極管 167
6.1.1 概述 167
6.1.2 SPAD像素 168
6.1.3 前端電路 173
6.1.4 典型應(yīng)用 178
6.2 電子倍增CCD 178
6.2.1 概述 178
6.2.2 芯片架構(gòu)與工作原理 179
6.2.3 倍增寄存器 180
6.2.4 主要參數(shù) 181
6.2.5 典型應(yīng)用 182
6.3 量子圖像傳感器 183
6.3.1 概述 183
6.3.2 工作原理與芯片架構(gòu) 184
6.3.3 理論參數(shù) 186
6.3.4 QIS像素 193
6.3.5 低噪聲讀出電路設(shè)計(jì) 197
6.3.6 典型應(yīng)用 202
參考文獻(xiàn) 203
第7章 基于飛行時(shí)間的深度圖像傳感芯片 205
7.1 三維成像技術(shù) 205
7.1.1 三維成像技術(shù)原理 205
7.1.2 三維成像技術(shù)分類與對(duì)比 206
7.2 DToF圖像傳感芯片 212
7.2.1 DToF圖像傳感芯片工作原理 212
7.2.2 DToF像素 216
7.2.3 DToF圖像傳感芯片中的TDC 219
7.2.4 DToF三維圖像傳感器行為級(jí)模型 227
7.3 IToF圖像傳感芯片 232
7.3.1 IToF圖像傳感芯片工作原理 232
7.3.2 IToF像素 237
7.3.3 IToF圖像傳感芯片關(guān)鍵電路 244
7.3.4 IToF三維圖像傳感器行為級(jí)模型 248
7.4 典型應(yīng)用 253
7.4.1 自動(dòng)駕駛 254
7.4.2 消費(fèi)電子 255
參考文獻(xiàn) 256
第8章 線陣圖像傳感器芯片 258
8.1 線陣圖像傳感器 258
8.1.1 線陣成像基本原理 258
8.1.2 時(shí)間延時(shí)積分成像技術(shù) 258
8.1.3 TDI圖像傳感器的評(píng)價(jià)指標(biāo) 260
8.2 TDI-CCD圖像傳感器 262
8.2.1 CCD的工作原理 262
8.2.2 CCD的轉(zhuǎn)移方式 269
8.2.3 TDI-CCD圖像傳感器工作原理 273
8.3 TDI-CMOS圖像傳感器 274
8.3.1 曝光方式 274
8.3.2 信號(hào)累加方式 280
8.3.3 讀出電路 291
8.4 典型應(yīng)用 292
參考文獻(xiàn) 294
第9章 光譜圖像傳感芯片 296
9.1 光譜成像技術(shù)與成像系統(tǒng) 296
9.1.1 光譜感知理論 297
9.1.2 光譜成像技術(shù) 297
9.1.3 光譜分光類型 298
9.2 光譜圖像傳感芯片成像技術(shù) 304
9.2.1 基于光子晶體濾波的成像技術(shù) 304
9.2.2 基于微納結(jié)構(gòu)濾波的成像技術(shù) 307
9.2.3 基于光譜透鏡的成像技術(shù) 311
9.2.4 光譜圖像重建方法 311
9.3 典型應(yīng)用 314
9.3.1 遙感探測(cè) 314
9.3.2 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 315
9.3.3 醫(yī)療影像 315
9.3.4 環(huán)境監(jiān)測(cè) 316
參考文獻(xiàn) 317
第10章 仿生智能圖像傳感芯片 319
10.1 仿生視覺(jué)系統(tǒng) 319
10.1.1 生物視覺(jué)成像機(jī)理 319
10.1.2 仿生智能視覺(jué)傳感器 323
10.2 動(dòng)態(tài)視覺(jué)傳感器 326
10.2.1 差分型像素 326
10.2.2 信號(hào)傳輸方式 331
10.2.3 基于動(dòng)態(tài)視覺(jué)傳感器的其他成像結(jié)構(gòu) 333
10.3 脈沖陣列仿生視覺(jué)傳感器 337
10.3.1 脈沖調(diào)制像素結(jié)構(gòu) 339
10.3.2 異步復(fù)位型脈沖像素結(jié)構(gòu) 342
10.3.3 基于變化閾值的脈沖視覺(jué)圖像重構(gòu)方法 346
10.4 感存算一體仿生視覺(jué)傳感器 350
10.4.1 感存算一體智能傳感器典型成果 351
10.4.2 感存算一體智能傳感器架構(gòu) 352
10.5 典型應(yīng)用 354
參考文獻(xiàn) 357