数字域时间延迟积分CMOS相机：高分辨成像技术

"实现空间高分辨成像的数字域时间延迟积分CMOS相机设计及分析" 在光学成像领域，为了提升空间分辨率，特别是在微光和推扫成像的应用中，研究者提出了一种新的技术——卷帘数字域时间延迟积分（TDI）算法，应用于互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器。这种技术旨在优化CMOS传感器的性能，使其更适合空间高分辨成像需求。 时间延迟积分（TDI）是一种通过连续积累像素信号来减少运动模糊和提高信噪比（SNR）的技术。在传统的TDI中，信号是通过模拟电路进行积分。然而，文章提出的卷帘数字域TDI则将这一过程转移到数字域，这不仅允许更精细的控制，还能减少噪声并提高集成效率。 在数字域TDI CMOS相机的设计中，噪声源及其特性是关键考虑因素。文章详细分析了这些噪声，包括读取噪声（σAD）和暗电流噪声（σCMOS）。通过对积分图像SNR与积分级数关系模型的研究，作者发现积分时间和光照度都会对SNR产生影响。随着积分级数的增加，图像的SNR也会随之提升。具体来说，M级卷帘数字域TDI可以将图像SNR提高M*(σAD+σCMOS)/(MσAD+MσCMOS)倍。 在实验阶段，研究人员采用了一款名为IBIS5-B-1300的卷帘数字域TDI CMOS原理样机进行验证。实验结果显示，该算法确实能够显著提高成像质量。当进行10级数字域积分时，SNR从未积分状态的19.07 dB提升到29.21 dB。这个提升说明了随着积分级数的增加，图像质量得到了显著改善。 理论分析和实验数据共同证明，通过优化选择的CMOS传感器，以及适当调整积分时间和光照条件，可以进一步提升SNR。这项研究对于改进基于CMOS的成像系统，尤其是在空间探测、遥感和高速移动物体成像等领域的应用，具有重要的理论和实践价值。