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Integrated CMOS Image Sensors for High Speed Imaging |
Schlüsselwörter:
Bildsensorik, CMOS Bildsensor, High Speed CMOS Bildsensor, elektronischer Shutter, Hochgeschwindigkeitskamera, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, optische 3D-Messung
CMOS image sensor, CMOS imager, high speed CMOS imager, electronic shutter, high frame rate camera, high speed camera, high speed imaging, high frame rate photography, optical 3D measurement
Sachgruppe der DNBAbstract
The most recent trend in the development of integrated image sensors has been
characterized by the use of the standard CMOS processes. Numerous advantages
of a standard CMOS process such as high integration density and its huge
possibilities for flexible circuit design are used to find solutions for the
modern high speed imaging and therefore replace the expensive and complex CCD
based solution. The proposed pixels with global electronic shutter enable
synchronous exposure of the whole array, simple adjustment of the integration
times, decoupling of integration and readout as well as the excellent blooming
and smearing suppression. Two realized high speed CMOS image sensors with
active pixel implementing global electronic shutter represent different
approaches to the realization of internal architecture, data readout, noise
reduction and image enhancement. Both solutions i.e. an image sensor with
128x128 pixel and current readout as well as an image sensor with 256x256
pixel and voltage readout implement integration times in low microsecond
range and frame rates of more than 1000 fps. On the other hand image
enhancement including temporal and spatial (FPN) noise suppression is
realized for the first imager using an external algorithm and for the second
one using an on chip method namely correlated double sampling (CDS).
Beside the aimed application of recording the fast moving scenes, the
realized CMOS image sensors are suitable for machine vision, optical 3D
measurement with active illumination and surveillance applications.
Ein allgemeiner Trend in der Entwicklung von integrierten Bildsensoren ist in
den letzten Jahren durch den Einsatz der Standard-CMOS-Technologie geprägt
worden. Die zahlreichen Vorteile der hohen Integrierbarkeit und Flexibilität
der Standard-CMOS-Technologie werden ausgenutzt, um Lösungen für neue moderne
Hochgeschwindigkeitskinematographie als Alternative zu den existierenden
CCD-Sensoren anzubieten. Die für neue CMOS-Bildsensoren vorgeschlagenen
aktiven Pixel mit elektronischem Shutter ermöglichen eine synchrone
Beleuchtung der gesamten photoempfindlichen Matrix, eine einfache Regelung
der Integrationszeit und die Entkopplung von Integration und Datenauslese,
sowie eine gute Blooming- und Smearingunterdrückung. Zwei realisierte und
gefertigte schnelle CMOS-Bildsensoren mit aktiven Pixeln mit elektronischem
Shutter stellen unterschiedliche Konzepte bezüglich der internen Architektur,
der Signalauslese, der Rauschunterdrückung und der Bildverbesserung dar.
Während die Integrationszeiten im unteren Mikrosekundenbereich und
Bildwiederholraten von mehr als 1000 Bildern/s sowohl vom CMOS-Bildsensor mit
Stromauslese und einer Auflösung von 128x128 Pixeln als auch vom anderen
CMOS-Bildsensor mit Spannungsauslese und einer Auflösung von 256x256 Pixeln
erreicht werden, wird eine Verbesserung der Bildqualität, d.h. eine
Unterdrückung von zeitlichem Rauschen und FPN bei der ersten Lösung extern und
bei der zweiten Lösung direkt On-Chip mittels des Verfahrens der korrelierten
Doppelabtastung (CDS) implementiert. Über die Anwendung der Aufzeichnung
schnell ablaufender Ereignisse hinaus eignen sich die entwickelten
CMOS-Bildsensoren auch für den Einsatz im Maschinellen Sehen, oder in
Kombination mit aktiver Beleuchtung in schneller optischer 3D-Meßtechnik und
Überwachungstechnik.
Betreuer | Hosticka, Bedrich; Prof. |
Gutachter | Hosticka, Bedrich; Prof. |
Gutachter | Pfleiderer, H.-J.; Prof. Dr.-Ing. (Universität Ulm) |
Upload: | 2000-11-14 |
URL of Theses: | http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-5082/inhalt.htm |