本文關鍵詞：安防用CMOS圖像傳感器片上數(shù)字系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：今天,CMOS工藝日趨成熟,除了光敏元,時序處理電路和圖像信號的前端放大與數(shù)字化部分以及圖像處理模塊被集成于一個芯片內。另外以其低廉的價格、較好的圖像質量和相對較少的功耗,CMOS圖像傳感器在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。而CMOS圖像傳感器的片上數(shù)字控制系統(tǒng)是保證傳感器正常工作的重要的組成部分,它控制著圖像傳感器各個功能模塊的運行,負責用戶與傳感器之間進行數(shù)據(jù)通訊;片上圖像信號處理器(Image Signal Processor,ISP)是片上數(shù)字系統(tǒng)中的核心,對光學傳感器采集下來的信號進行處理,如校正,插值和降噪等。本文針對安防用CMOS圖像傳感器,設計了專門的片上數(shù)字系統(tǒng)。首先論文詳細分析了安防用720X480 CMOS圖像傳感器陣列和各功能模塊的結構。該芯片采用4T像素結構,逐行積分,支持PAL/NTSC輸出,支持IIC總線通信。課題根據(jù)各控制信號之間的時序關系,完成了模塊劃分。主要研究了自動曝光算法和滾動快門的時序設計,列并行ADC控制時序設計,IIC總線模塊的設計。接著論文研究了片上ISP系統(tǒng)各模塊的設計和輸出數(shù)據(jù)格式,包括黑電平消隱,自動白平衡,鏡頭陰影校正,像素插值與降噪,色彩校正,伽瑪校正,自動對焦,RGB2YUV這9個部分。最后介紹了整個片上數(shù)字系統(tǒng)的物理實現(xiàn)流程和仿真測試結果,包括布局布線、物理驗證、代碼覆蓋率測試、VCS仿真測試等。最后本課題研制的片上數(shù)字系統(tǒng)電路隨CIS芯片在0.35um工藝線上進行流片。經過芯片整體測試,已知片上數(shù)字系統(tǒng)各模塊工作正常:其中自動曝光模塊可實現(xiàn)曝光精度1μs,最長曝光時間20ms;電視制式PAL輸出成像正常;IIC總線實現(xiàn)了主模式下的讀寫功能;輸出數(shù)據(jù)Bayer,YcbCr格式正常。ISP圖像處理效果良好:黑電平消隱,自動白平衡,鏡頭陰影校正,像素插值與降噪,色彩校正,伽瑪校正,RGB2YUV等模塊工作正常。總之,芯片整體成像效果良好。
【關鍵詞】：CMOS圖像傳感器 安防監(jiān)控 時序控制 圖像處理
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41;TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 CMOS圖像傳感器的發(fā)展和應用10-11
• 1.2 安防用CMOS圖像傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.3 課題背景和本文主要工作13
• 1.4 本論文的結構安排13-15
• 第二章 安防用CMOS圖像傳感器片上系統(tǒng)控制電路設計15-41
• 2.1 安防用CMOS圖像傳感器整體架構設計15-24
• 2.1.1 需求分析及技術指標分解15-16
• 2.1.2 整體架構設計16-18
• 2.1.3 像素設計18-20
• 2.1.4 模擬路徑20-24
• 2.2 片上控制電路概述24-26
• 2.3 自動曝光及時序控制模塊26-37
• 2.3.1 自動曝光算法26-27
• 2.3.2 曝光時序設計27-31
• 2.3.3 整體控制時序設計31-35
• 2.3.4 芯片系統(tǒng)時鐘復位設計35-37
• 2.4 I2C接口模塊設計37-40
• 2.5 本章小結40-41
• 第三章 安防用CMOS圖像傳感器片上圖像處理電路設計41-53
• 3.1 圖像處理電路（ISP）頂層架構設計41-43
• 3.2 ISP關鍵模塊算法設計43-52
• 3.2.1 黑電平校正43-44
• 3.2.2 鏡頭陰影校正44-45
• 3.2.3 白平衡控制45-46
• 3.2.4 降噪與CFA插值46-49
• 3.2.5 色彩校正49
• 3.2.6 伽馬校正49-50
• 3.2.7 自動聚焦50-51
• 3.2.8 YUV空間轉換（RGB2YUV）51-52
• 3.3 數(shù)據(jù)輸出模塊設計52
• 3.4 本章小結52-53
• 第四章 片上數(shù)字電路的物理實現(xiàn)和仿真測試53-84
• 4.1 數(shù)字電路的物理實現(xiàn)53-71
• 4.1.1 物理實現(xiàn)流程概述53-55
• 4.1.2 布局布線55-61
• 4.1.3 版圖驗證61-71
• 4.1.3.1 DRC流程61-63
• 4.1.3.2 LVS流程63-66
• 4.1.3.3 LVS總結66-68
• 4.1.3.4 PEX流程68-71
• 4.2 仿真及測試71-81
• 4.2.1 覆蓋率測試71-74
• 4.2.2 ISP模塊仿真結果分析74-81
• 4.3 流片及芯片成像測試81-83
• 4.4 本章小結83-84
• 第五章 結論84-86
• 5.1 本文的主要貢獻84
• 5.2 下一步工作的展望84-86
• 致謝86-87
• 參考文獻87-90
• 攻碩期間取得的研究成果90-91

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