一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS图像传感器转换增益的测试方法


[0001]本专利技术涉及固态图像传感器测试
，具体为一种
CMOS
图像传感器转换增益的测试方法
。

技术介绍

[0002]CMOS
图像传感器
(CIS)
，是一种将光学信号转换成电子信号的器件，是图像采集系统的核心构成部分
。
随着集成电路的发展，
CMOS
图像传感器已经可以在单个芯片上集成
A/D
转换
、
自动增益控制
、
精密放大和存储等多种功能电路，从而极大提高了芯片的集成度，使得系统设计不再复杂，成本降低
。
因此，
CMOS
图像传感器也在科学研究
、
工业生产
、
国防武器装备等各个领域得到了广泛应用
。
[0003]受限于
CMOS
图像传感器工艺设计
、
流片
、
封装等制造技术，无法避免成品光电性能参数的不稳定性
。
精确测试
CMOS
图像传感器各项光电性能参数不仅为制备工艺提供可靠反馈，同时为成像系统提供基本性能评估
。
针对
CMOS
图像传感器测试系统涉及的仪器设备
、
光学系统，系统复杂度高
、
测试精度低，成为精确测量光电性能参数的主要原因
。
在低端市场，一些
>CMOS
图像传感器厂商提供特定的评估板，这些评估板只能与特定的芯片匹配且功能有限，只是在测试系统方面的改进且具有局限性；在高端市场，针对
CMOS
图像传感器自动测试设备
(ATE)
融合光电参数测试具体方法虽然集成度较高，但这些测试设备价格昂贵，不具备普遍性
。
[0004]CMOS
图像传感器的转换增益反映传感器输出电压与存储在器件读出节点电子数转换的能力，直接影响到
CMOS
图像传感器的量子效率
。
测试系统需要通过
FPGA
提供传感器正确的时序要求以及数据编码解码，利用
Cameralink
采集卡采集
CMOS
图像传感器的原始输出数据，最终通过上位机实现对转换增益的精确测试
。
目前测试方法：基于
EMVA1288
标准，采集不同辐照度下亮场与暗场的图像，计算平均灰度以及时域方差，得到一个灰度以及方差序列，通过最小二乘法进行拟合，其斜率即为
CMOS
图像传感器的转换增益
。
该方法存在的问题：
1)
目前
CMOS
图像传感器的输出数据都会经过
ISP(
图像处理芯片
)
的处理，很难得到
CMOS
图像传感器的原始输出数据；
2)
没有考虑到读出噪声随着辐照度的增强而变化，进而影响转换增益的精确测试
。
目前测试方法的局限性使得测试效率降低
、
测试精度低，因此迫切需要一种高效率
、
高精度的转换增益测试方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有方法的不足，提供一种
CMOS
图像传感器转换增益的测试方法，该方法通过上位机程序驱动仪器仪表降低调试操作复杂度
、
测试精度高，有利于实现
CMOS
图像传感器光电参数测试系统的部署
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种
CMOS
图像传感器转换增益的测试方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：通过示波器测试
CMOS
图像传感器转接板的上电顺序
、
下电顺序；
[0008]步骤二：使用
PC
机通过
FPGA
对
CMOS
图像传感器进行时序驱动以及寄存器配置；通过
FPGA
将
CMOS
图像传感器输出的串行数据转换为并行数据，并解码出并行数据中的有效信号
、
行场同步信号以及有效数据；将解码出的有效信号
、
行场同步信号以及有效数据编码成
Cameralink
格式的测试图像；
[0009]步骤三：将测试图像写入指定的寄存器，使用上位控制
Cameralink
采集卡采集指定的测试图像，如果可以采集到指定的测试图像，进行下一步，否则返回步骤二对
CMOS
图像传感器进行重新配置；
[0010]步骤四：构建
CMOS
图像传感器测试平台；
[0011]步骤五：读取
CMOS
图像传感器测试平台各仪器仪表的配置参数，上位机判断各个仪器仪表的工作状态，全部仪器仪表状态正常则进入步骤六，否则当前测试状态终止；
[0012]步骤六：设置
CMOS
图像传感器积分时间以及增益参数并进行记录，使用上位机程序在
N
个低照度环境下对传感器进行采图，每个照度采集2张图片，将采集到的图像保存在文件夹中，记录采集到的图像数为
2N
；
[0013]步骤七：使用上位机对
2N
张低照度照片计算均值序列和方差序列，通过最小二乘法进行线性拟合，得到读出噪声的变化斜率；
[0014]步骤八：通过上位机依次调整光阑大小，使用上位机采集
M
个光阑位置的亮场照片，每个光阑位置采集2张照片，记录采集到的图像数为
2M
；
[0015]步骤九：使用上位机计算
2M
张亮场图片的均值序列和方差序列
{v
l
}
，并利用噪声的变化斜率对方差序列进行修正，通过最小二乘法计算出
CMOS
图像传感器的转换增益
。
[0016]优选地，所述
CMOS
图像传感器测试平台包括溴钨灯
、
单色仪
、
光纤
、
电动光阑
、
积分球
、
光功率计及皮安表，溴钨灯
、
电动光阑通过夹具与积分球连接，通过上位机控制电动光阑的大小调整溴钨灯发出的复色光光强，当复色光进入到积分球后进行均匀化，出射光为均匀光；单色仪发出的单色光通过光纤与积分球连接，使用上位机使固定波长的单色光进入积分球中，在积分球的出光口处得到均匀的单色光；光功率计放置在积分球的出光口处，光功率计表面与积分球出光口平行，光功率计通过上位机标定出射光源的光功率；皮安表通过电缆与放置在积分球内的标准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
CMOS
图像传感器转换增益的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：通过示波器测试
CMOS
图像传感器转接板的上电顺序
、
下电顺序；步骤二：使用
PC
机通过
FPGA
对
CMOS
图像传感器进行时序驱动以及寄存器配置；通过
FPGA
将
CMOS
图像传感器输出的串行数据转换为并行数据，并解码出并行数据中的有效信号
、
行场同步信号以及有效数据；将解码出的有效信号
、
行场同步信号以及有效数据编码成
Cameralink
格式的测试图像；步骤三：将测试图像写入指定的寄存器，使用上位控制
Cameralink
采集卡采集指定的测试图像，如果可以采集到指定的测试图像，进行下一步，否则返回步骤二对
CMOS
图像传感器进行重新配置；步骤四：构建
CMOS
图像传感器测试平台；步骤五：读取
CMOS
图像传感器测试平台各仪器仪表的配置参数，上位机判断各个仪器仪表的工作状态，全部仪器仪表状态正常则进入步骤六，否则当前测试状态终止；步骤六：设置
CMOS
图像传感器积分时间以及增益参数并进行记录，使用上位机程序在
N
个低照度环境下对传感器进行采图，每个照度采集2张图片，将采集到的图像保存在文件夹中，记录采集到的图像数为
2N
；步骤七：使用上位机对
2N
张低照度照片计算均值序列和方差序列，通过最小二乘法进行线性拟合，得到读出噪声的变化斜率；步骤八：通过上位机依次调整光阑大小，使用上位机采集
M
个光阑位置的亮场照片，每个光阑位置采集2张照片，记录采集到的图像数为
2M
；步骤九：使用上位机计算
2M
张亮场图片的均值序列和方差序列
{v
l
}
，并利用噪声的变化斜率对方差序列进行修正，通过最小二乘法计算出
CMOS
图像传感器的转换增益
。2.
根据权利要求1所述的
CMOS
图像传感器转换增益的测试方法，其特征在于，所述
CMOS
图像传感器测试平台包括溴钨灯
(1)、
单色仪
(5)、
光纤
(4)、
电动光阑
(2)、
积分球
(3)、
光功率计
(9)
及皮安表
(6)
，溴钨灯
(1)、
电动光阑
(2)
通过夹具与积分球
(3)
连接，通过上位机控制电动光阑
(2)
的大小调整溴钨灯
(1)
发出的复色光光强，当复色光进入到积分球
(3)
后进行均匀化，出射光为均匀光；单色仪
(5)
发出的单色光通过光纤
(4)
与积分球
(3)
连接，使用上位机使固定波长的单色光进入积分球
(3)
中，在积分球
(3)
的出光口处得到均匀的单色光；光功率计
(9)
放置在积分球
(3)
的出光口处，光功率计
(9)
表面与积分球
(3)
出光口平行，光功率计
(9)
通过上位机标定出射光源的光功率；皮安表
(6)
通过电缆
(7)
与放置在积分球
(3)
内的标准光电二极管
(8)
相连，用来读取积分球
(3)
内均匀光的光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张闻文，王园毅，何伟基，陈钱，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：