本文關(guān)鍵詞：基于PPD結(jié)構(gòu)的TOF測距圖像傳感器設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著市場對3D成像系統(tǒng)需求的增加,越來越多的研究致力于獲得完整的類似人眼的3D信息。實時的3D成像系統(tǒng)相對傳統(tǒng)的光強(qiáng)度成像系統(tǒng)有更多的應(yīng)用領(lǐng)域,比如:汽車安全、生物醫(yī)學(xué)裝置、機(jī)器人、娛樂設(shè)備、工業(yè)控制以及虛擬現(xiàn)實儀器等領(lǐng)域上,其中Time-of-Flight(TOF)測距方法是3D成像距離測量中最合適的方法之一。CMOS圖像傳感器可以把圖像處理電路和感光部分集成在一塊芯片上,相比其它的成像技術(shù)有著高集成度、低功耗和低價格的優(yōu)點(diǎn),也可以同時獲得二維圖像和距離信息,使它成為發(fā)展3D成像的最佳選擇。本文首先分析了間接TOF測距原理的可行性,包括相位解調(diào)和時間-選通積分法的原理,再進(jìn)行系統(tǒng)精度分析,歸納出幾個重要的影響因素,包括光源功率、噪聲、測量范圍、反射系數(shù)、解調(diào)效率和背景光強(qiáng)度,再制定出系統(tǒng)指標(biāo)來輔助設(shè)計�；阢Q位光電二極管(PPD:Pinned Photodiode)結(jié)構(gòu)的2-抽頭(2-tab)解調(diào)像素設(shè)計,在傳統(tǒng)PPD的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化,提高光電混頻器的電子轉(zhuǎn)移效率和工作帶寬,設(shè)計出高解調(diào)效率的光電解調(diào)像素。圖像傳感器的電路部分包括像素電路、相關(guān)雙采樣電路、驅(qū)動電路、行列譯碼電路等,其中像素單元采用共享式結(jié)構(gòu),在電荷區(qū)域提高信噪比,而且可以提高像素填充系數(shù),列級采用相關(guān)雙采樣電路來消除像素KTC和固定圖形噪聲�；诒疚脑O(shè)計的圖像傳感器芯片搭建三維TOF測距系統(tǒng),主要包括圖像傳感器、LED光源、ADC、CPLD等硬件。采用的LED光源的功率為3.4 W,調(diào)制光信號的頻率為0.5 MHz,曝光時間為20 ms,并成功實現(xiàn)測距功能。測量的范圍在1-260 m內(nèi),得到測量結(jié)果和實際距離之間的平均誤差小于2%,最好的結(jié)果是在測量距離為1 m處,誤差只有2.5 cm,最差的結(jié)果是在測量距離為150 m處,誤差為3.68 m,可以通過增大光源功率和曝光時間,或是通過抑制背景光,來提高測距精度。
【關(guān)鍵詞】：TOF測距圖像傳感器 2-抽頭解調(diào)像素 光電混頻器 相位解調(diào)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-13
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.2 TOF測距傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本論文的主要工作12-13
• 第二章 間接TOF的測距原理與精度分析13-28
• 2.1 TOF測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13-14
• 2.2 間接TOF的測距原理14-17
• 2.2.1 相位解調(diào)的測距原理14-16
• 2.2.2 時間-選通積分法的測距原理16-17
• 2.3 精度分析17-27
• 2.3.1 光源功率分析18-20
• 2.3.2 相位解調(diào)法的精度分析20-24
• 2.3.3 時間-選通積分法的精度分析24-27
• 2.4 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 基于PPD結(jié)構(gòu)的光電解調(diào)像素設(shè)計28-43
• 3.1 光電解調(diào)像素的工作原理和難點(diǎn)28-30
• 3.2 光電解調(diào)像素的分類30-31
• 3.3 基于PPD結(jié)構(gòu)的光電解調(diào)像素31-33
• 3.4 PPD光電解調(diào)像素的優(yōu)化33-42
• 3.4.1 消除溝道勢壘35-36
• 3.4.2 設(shè)計非均勻摻雜溝道36-37
• 3.4.3 優(yōu)化PPD的橫向電場37-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 基于PPD結(jié)構(gòu)的TOF測距圖像傳感器芯片設(shè)計43-56
• 4.1 共享式的像素電路設(shè)計44-47
• 4.2 相關(guān)雙采樣電路設(shè)計47-51
• 4.2.1 CDS原理分析47-50
• 4.2.3 電路仿真50-51
• 4.3 驅(qū)動電路設(shè)計51-53
• 4.4 行列譯碼電路設(shè)計53
• 4.5 整體芯片的仿真53-55
• 4.6 流片版圖和芯片拍照圖55
• 4.7 本章小結(jié)55-56
• 第五章 TOF三維測距系統(tǒng)的搭建及測試56-62
• 5.1 系統(tǒng)搭建56-57
• 5.2 測試結(jié)果分析57-61
• 5.2.1 傳感器的參數(shù)測試57-59
• 5.2.2 TOF三維測距系統(tǒng)的參數(shù)測試59-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 致謝67-68
• 個人簡歷68-69
• 在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果69

  本文關(guān)鍵詞：基于PPD結(jié)構(gòu)的TOF測距圖像傳感器設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：269678