| Dynamic range expansion in CMOS imaging |
Schlüsselwörter:
Dynamic range expansion, CMOS imaging, local brightness adaptation, high resolution
CMOS-Bildsensoren, translineare Dividierer, logarithmisch, linear, Dynamik, Helligkeitsanpassung
Sachgruppe der DNBAbstract
Nearly 80% of the worldwide semiconductor market volume is covered by standard-CMOS-technology
products. Due to the increasing demand on highly flexible, reliable and robust image sensors from
many different industry parts, CMOS-technology has become more and more attractive, since
it offers several features in contrast to the CCD-technology.
The focus of this work lies on the development of high dynamic range CMOS image sensors suitable for
industrial, automotive and consumer applications. The developed sensors should yield more powerful and
cost-saving system solutions compared with CCD-sensor systems that are available from the market. The
work concentrates on mainly linear CMOS-sensors offering a linear dependency between illumination and
electronic signal representation. The developed sensors achieve a dynamic range of more than 90dB, which
is much more than CCD´s have with 50-60dB. Two sensors are presented with the first one using a mixed
logarithmic/linear characteristic and the second sensor working with a multi-illumination scheme using
different exposure/integration times, resp.
The work finishes with a discussion of the presented sensors and their underlying signal processing
algorithms and a short outlook on future developments.
In den letzten Jahren hat sich ein allgemeiner Trend in der Entwicklung von integrierten digitalen Bildsensoren zugunsten des Einsatzes der Standard-CMOS-Technologie ausgeprägt. In Standard-CMOS gefertigte Produkte machen heutzutage über 80 % des gesamten Halbleitermarktvolumens aus. Den ersten Erfolgen bei der Realisierung von CMOS-Bildsensoren für Videoanwendungen folgend und aufgrund der ständig wachsenden Bedürfnisse im wissenschaftlichen und industriellen Bereich nach preiswerteren Alternativen zu existierenden CCD-Sensoren für die Aufnahme von Bildsignalen setzt sich diese Arbeit mit der Entwicklung von CMOS-Bildsensoren, die auch über die genannten Anwendungsgebiete hinausgehend verwendbar sind, auseinander.
Ziel der Arbeit ist die Erhöhung der verarbeitbaren Eingangshelligkeitsdynamik. Die entwickelten integrierten CMOS-Bildsensoren ermöglichen gegenüber herkömmlichen, auf dem Markt erhältlichen CCD-Bildsensoren kostengünstigere und leistungsfähigere Systemlösungen. Hinsichtlich des Erfordernisses nach einer guten Bildqualität wird in dieser Arbeit das quasilineare Sensorprinzip favorisiert, da rein logarithmische Sensoren ein zu hohes Fixed - Pattern - Noise besitzen und starke Kontrastverfälschungen aufweisen. Zwei quasilineare hochdynamische CMOS-Bildsensoren werden vorgestellt, deren jeweilige Eingangsdynamik mit mehr als 90dB deutlich über dem liegt, was zur Zeit von den am Markt erhältlichen CCD´s mit 50-60dB erreicht wird. Der erste vorgestellte Bildsensor besitzt eine gemischt logarithmisch/lineare Charakteristik und kann einen Eingangshelligkeitsdynamikbereich von mehr als 90dB verarbeiten. Der zweite entwickelte CMOS - Bildsensor erreicht mit dem Verfahren der Mehrfachbelichtung eine Eingangsdynamik größer als 90dB. Er gehört zur Gattung der Megapixelsensoren und übertrifft die Standard - VGA Auflösung bei weitem, was somit auch für konsumorientierte Anwendungen interessant ist. Die Arbeit schließt mit einer Diskussion der vorgestellten Bildsensoren und einem Ausblick über die in Zukunft zu erwartenden Entwicklungen auf dem Gebiet der CMOS - Bildsensorik ab.
| Betreuer | Prof. Bedrich J. Hosticka, Ph.D. |
| Gutachter | Prof. Bedrich J. Hosticka, Ph.D. |
| Gutachter | Prof. Dr. Ing. Yiannos Manoli |
| Upload: | 2001-04-11 |
| URL of Theses: | http://www.ub.uni-duisburg.de/diss/diss0122/inhalt.htm |