自适应曝光提升CMOS图像传感器性能：大动态范围设计与实现

本文主要探讨了传感技术领域中基于自适应曝光的CMOS图像传感器的设计与实现。CMOS图像传感器因其集成度高、体积小、功耗低等优点，在非接触无损测量和目标监控中表现出强大的应用潜力，特别是在与CCD系统竞争的过程中。然而，传统的CIS由于采用光电二极管的线性有源像素结构，导致动态范围有限，无法满足某些高动态场景的需求。 文章的核心创新在于提出了一种新型的CMOS图像传感器设计，它在传统滚筒式曝光的基础上引入了自适应曝光策略。设计的关键环节包括对用户设定区域像素饱和值的统计分析以及曝光时间选择算法。这个算法允许曝光时间从极短的1微秒到相对较长的65毫秒进行动态调整，从而覆盖探测光强从10^-1到10^6 lux的宽广范围。这种设计旨在充分利用现有像素的性能，实现快速且实时的自适应曝光，显著提升传感器在复杂光照条件下的响应能力。 为了达到这一目标，文章详细介绍了自适应曝光判决算法，采用帧间自适应曝光调节，确保每个像素点在同一帧内的曝光时间保持一致，而光照响应则是线性的。通过检测帧内最大非饱和像素电压，算法能够实时地调整曝光时间，以适应不断变化的光照环境。此外，文中还提到了在特定条件下，如光电响应效率为1.0V/lux·s、增益可调且采用8位模数转换器（ADC）的技术参数，这些都确保了系统的高效性和精度。 本文的工作旨在解决CIS动态范围狭窄的问题，通过引入自适应曝光技术，不仅提高了传感器的适应性，也扩展了其在各种应用场景中的实用性，尤其是在工业自动化和视觉监控等领域，对于提升图像质量和处理速度具有重要意义。