基于3D式集成TDI-CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法技术

本发明专利技术涉及基于3D式集成TDI

【技术实现步骤摘要】
基于3D式集成TDI
‑
CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法


[0001]本专利技术属于图像处理
，涉及基于3D式集成TDI
‑
CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法。

技术介绍

[0002]图像传感器作为摄像机最为核心的部件，主要有CCD(Charge Couple Device,电荷耦合器件)与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)两种类型。其中，CCD图像传感器具有满阱容量大，动态范围高，宽光谱高量子效率的特点，常应用于高光谱成像以及军事目标探测和分析，但相机系统比较复杂，存在功耗高，体积大，成本较高等缺点。而CMOS图像传感器则相反，具有低成本，低功耗，高集成度以及更快读出速度的优势，常应用于高清监控等大数据量应用，但在某些性能上不如CCD图像传感器。目前，为了融合CCD与CMOS的优势，基于CCD结构与CMOS电路融合的3D集成式图像传感器受到了越来越多的研究。
[0003]其中，时间延迟积分电荷耦合器件(Time Delay and Integration Charge Coupled Divice，TDI CCD)是一种高灵敏度、低噪声和宽动态范围的线阵CCD器件,具有较高的灵敏度和很低的暗电流噪声。而多光谱TDICCD是将多个CCD阵列集成在同一CCD芯片上，通过在窗口玻璃对应位置上镀各自要求光谱范围的窄带滤光膜实现多谱段分光，进而实现多光谱成像，在土地资源调查、林业和农业、环境和灾害监测、海洋等国民经济方面和识别伪装、弄清武器性质和海军浅海作战等军事应用方面均有重要价值。
[0004]通过将TDI CCD与CMOS电路进行3D集成融合，可降低传统TDI CCD相机系统复杂度，提高图像传感器功能集成度，进而降低总体功耗，减小相机体积载荷，具有较高军事和经济效益。但是，在进行多谱段TDI
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CMOS融合时，由于TDI CCD芯片上不同谱段CCD的像元尺寸或者阵列大小等往往存在差异，进而导致不同谱段间的控制时序难以达到一致同步。因此，针对该问题，为了满足多谱段TDI
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CMOS芯片上不同谱段数据的同步输出，如何进行不同谱段间的时序同步控制就变得十分重要。
[0005]其中，目前暂未搜到类似相关专利技术文件。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于3D式集成TDI
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CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法，消除了CMOS读出电路在对TDI CCD芯片不同谱段CCD阵列进行数据读出时的同步控制问题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]基于3D式集成TDI
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CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法，该方法为：
[0009]首先，从图像传感器片外提供帧同步脉冲触发信号输入，基于该帧同步脉冲触发信号，利用时序控制装置分别产生用于3D集成式TDI
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CMOS图像传感器的P谱段阵列和B谱段阵列的时序触发脉冲；
[0010]其次，基于所述P谱段阵列和B谱段阵列的时序触发脉冲，再分别产生应用于P谱段和B谱段的“CCD+CMOS”时序序列；
[0011]最后，根据P谱段和B谱段时序序列的帧处理时间长度，以耗时最长谱段的帧处理时间决定3D集成式TDI
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CMOS图像传感器的最小帧周期，进而实现在该控制时序条件下传感器内部P谱段阵列和B谱段阵列的完整数据同步输出。
[0012]可选的，所述3D集成式TDI
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CMOS图像传感器通过3D集成的方式将TDI CCD芯片与CMOS读出电路芯片进行集成；
[0013]其中，TDI CCD像元阵列包含P谱段像元阵列和至少一个B谱段像元阵列，采用专用CCD工艺制造，而CMOS读出电路芯片基于标准CMOS工艺制造，并通过一系列互连点与TDI CCD像元阵列进行3D集成；3D集成方式采用包括TSV、MCM、SIP、WLP或RDL方式。
[0014]可选的，所述时序控制装置的实现方式采用独立于3D集成式芯片的片外控制芯片形式，或采用集成到3D集成式芯片内部作为功能模块的形式；所述时序控制装置分别产生用于3D集成式传感器内部P谱段阵列和B谱段阵列的时序触发脉冲，基于该触发脉冲再分别启动P谱段和B谱段的“CCD+CMOS”时序序列；其中，所提到的“CCD+CMOS”时序序列由TDI CCD驱动时序序列和CMOS数据读出控制时序序列构成，实现对TDI CCD谱段阵列及CMOS读出电路的正常工作提供完整时序控制。
[0015]可选的，所述时序控制装置接受片外帧同步脉冲触发信号输入，产生相应的B1谱段、B2谱段、P谱段、B3谱段和B4谱段的时序脉冲信号，进而触发相应各谱段的CCD+CMOS时序序列；当3D集成式TDI
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CMOS传感器芯片上电，时序控制装置106启动，在片外输入帧同步脉冲触发信号Frame_sync的触发下，分别产生对应B1谱段、B2谱段、P谱段、B3谱段和B4谱段的时序触发脉冲信号tb1、tb2、tp、tb3和tb4，这些时序触发脉冲将会分别启动用于B1谱段、B2谱段、P谱段、B3谱段和B4谱段的CCD+CMOS时序序列，以用于控制3D集成TDI
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CMOS图像传感器上各谱段数据的同步输出；
[0016]所述3D集成式传感器的芯片上电，时序控制装置启动，当输入帧同步脉冲时序Frame_sync的第一个脉冲信号到来，经过td时间长度的延时后，时序控制装置在第一个脉冲信号的触发下分别产生第一帧用于B1谱段、B2谱段、P谱段、B3谱段和B4谱段的同步触发脉冲tb1、tb2、tp、tb3和tb4；同步触发脉冲tb1、tb2、tp、tb3和tb4相应地触发对应B1谱段、B2谱段、P谱段、B3谱段和B4谱段的CCD+CMOS时序序列Tb1、Tb2、Tp、Tb3和Tb4，基于以上时序序列实现控制图像传感器各谱段第一帧数据的读出；选取Tb1、Tb2、Tp、Tb3和Tb4中处理周期最长的Tp时序时间来定义整体图像传感器的最小帧周期，即在P谱段数据完成读出之后，再提供整体图像传感器第二帧的帧同步脉冲输入，以次类推，依次启动第三帧和第四帧的后续帧数据的同步读出。
[0017]本专利技术的有益效果在于：基于本专利技术所提供的3D集成式TDI
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CMOS图像传感器多谱段时序控制方法，利用时序控制装置，可以解决3D集成TDI
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CMOS芯片中CMOS读出电路在对TDI CCD芯片不同谱段CCD阵列进行数据读出时的同步控制问题，实现3D集成TDI
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CMOS图像传感器不同谱段数据的同步输出。
[0018]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于3D式集成TDI
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CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法，其特征在于：该方法为：首先，从图像传感器片外提供帧同步脉冲触发信号输入，基于该帧同步脉冲触发信号，利用时序控制装置分别产生用于3D集成式TDI
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CMOS图像传感器的P谱段阵列和B谱段阵列的时序触发脉冲；其次，基于所述P谱段阵列和B谱段阵列的时序触发脉冲，再分别产生应用于P谱段和B谱段的“CCD+CMOS”时序序列；最后，根据P谱段和B谱段时序序列的帧处理时间长度，以耗时最长谱段的帧处理时间决定3D集成式TDI
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CMOS图像传感器的最小帧周期，进而实现在该控制时序条件下传感器内部P谱段阵列和B谱段阵列的完整数据同步输出。2.根据权利要求1所述的基于3D式集成TDI
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CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法，其特征在于：所述3D集成式TDI
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CMOS图像传感器通过3D集成的方式将TDI CCD芯片与CMOS读出电路芯片进行集成；其中，TDI CCD像元阵列包含P谱段像元阵列和至少一个B谱段像元阵列，采用专用CCD工艺制造，而CMOS读出电路芯片基于标准CMOS工艺制造，并通过一系列互连点与TDI CCD像元阵列进行3D集成；3D集成方式采用包括TSV、MCM、SIP、WLP或RDL方式。3.根据权利要求1所述的基于3D式集成TDI
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CMOS图像传感器的多谱段时序控制方法，其特征在于：所述时序控制装置的实现方式采用独立于3D集成式芯片的片外控制芯片形式，或采用集成到3D集成式芯片内部作为功能模块的形式；所述时序控制装置分别产生用于3D集成式传感器内部P谱段阵列和B谱段阵列的时序触发脉冲，基于该触发脉冲再分别启动P谱段和B谱段的“CCD+CMOS”时序序列；其中，所提到的“CCD+CMOS”时序序列由TDI...

【专利技术属性】
技术研发人员：任思伟，刘昌举，王小东，刘戈扬，李明，吕玉冰，周亚军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：