垂直电荷成像器件（VPS）及其系统的噪声研究
CCD和CMOS是主流的两种图像传感器,其成像性能随着对它们内部噪声源研究的深入和噪声抑制方法的创新而不断提升。可见,对图像传感器进行噪声分析是必要的。
垂直电荷成像器件(VPS)作为一种新型的图像传感器,其噪声过大的问题极大地限制了成像质量,改善噪声性能迫在眉睫。而目前并没有研究人员对VPS进行过系统的噪声分析,抑制噪声就更无从谈起了。
因此,对VPS进行噪声分析有极其重要的意义,有利于新一代图像传感器的发展。本文首先分析了 VPS器件级上的噪声源,以器件工作原理和阵列连接方式为基础,通过软件仿真、理论计算和实验测试等一系列方法确定了 VPS器件具有49%的扩散串扰、33.2e-的暗电流、108μV的读出噪声和严重的FPN。
最后从VPS系统读出电路的工作原理出发,分析了读出电路中存在的噪声源,用理论计算确定了读出电容的复位噪声和ADC的量化噪声,通过统计学的实验方法验证了读出电路中各控制信号对读出噪声的影响,确定了各控制信号的最佳的脉冲时长和彼此间的间隔时长,在减小噪声的前提下提高了成像的帧率。通过本文对VPS噪声的系统分析,确定了影响VPS成像质量的关键因素有VPS器件的暗电流、阵列的串扰、读出电容的复位噪声、ADC的量化噪声和系统的FPN。
其中,复位噪声和量化噪声可分别通过增大读出电容和减小斜坡电源步进来进行相应的优化,FPN可通过均场校正等算法消去,而暗电流和串扰既是噪声最严重的部分,又是最难以抑制的因素,极大地制约了图像质量的提升。基于对VPS噪声的深入研究,探索了抑制暗电流和串扰的方案,为接下来进一步抑制噪声、增强VPS成像质量提供了理论依据,指明了
研究改善的方向。
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