基于压缩传感的CMOS图像的传感器电路研究

摘要

压缩传感，作为一个新信号采样理论，将信息获取的技术问题从采样端转移到接收端，并使采样率很低的信号能被精确重建。因此得到了全球各界专家学者们的广泛关注。相比压缩传感不断完善的理论研究，其硬件结构实现更是研究的新方向。本文以基于压缩传感的CMOS图像传感器为研究对象，在总结现有实现方法优劣性的基础上，以在模数转换前同时传感并压缩数据为目的进行了研究，并提出了具体的硬件电路实现方案。
　　在分析传统像素单元结构及其光信号采集原理的基础上，针对传统像素单元结构只能立即输出一次光信号，导致不能实现基于压缩传感让同一个信号与测量矩阵计算多次的问题，提出了一种具有记忆和多次选择输出功能的像素单元电路。该电路结构由于具有记忆功能，可实现CMOS图像传感器的全局式曝光，并且将光信号存储于像素单元内部，以实现像素单元信号的多次选择性输出，也就使得同一信号与测量矩阵进行多次运算成为可能。
　　在总结现有基于压缩传感的CMOS图像传感器电路实现方式的基础上，提出了一种可同时传感压缩数据的全局式曝光CMOS图像传感器硬件电路实现方案。该传感器包括具有记忆和多次选择输出功能的像素阵列、伪随机序列产生单元、随机数据存储与控制单元、时序控制单元和跨阻放大器。
　　该图像传感器基于压缩传感理论，模数转换前完成图像传感和压缩，在保证传统方法图像分辨率的前提下，减少了处理数据量，降低了对模数转换器的要求，节约了数据存储空间;同时使用硬件方式压缩数据，相对在模数转换后软件方式的数据压缩，提高了处理速度;使用全局式曝光方式，可采集高速运动物体的瞬时图像。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 传统CMOS图像传感器面临的问题

1．3．2 基于压缩传感的CMOS图像传感器研究现状

1．4 论文主要内容及结构

2 压缩传感理论、建模与仿真

2．1 信号的稀疏表示

2．2 信号的测量矩阵

2．3 信号的重构算法

2．3．1 匹配追踪算法

2．3．2 最小L1范数法

2．3．3 最小全变分法

2．4 基于Matlab的建模与仿真

2．4．1 高斯随机测量矩阵

2．4．2 部分哈达玛随机测量矩阵

2．4．3 伯努利随机测量矩阵

3 基于压缩传感的像素单元电路设计

3．1 传统像素单元电路

3．2 基于压缩传感的像素单元电路

3．2．1 七管像素单元电路设计

3．2．2 七管像素单元电路仿真

3．2．3 七管像素单元噪声分析

4 基于压缩传感的CMOS图像传感器电路设计与仿真

4．1 CMOS图像传感器电路结构设计

4．2 像素阵列

4．3 伪随机序列产生单元

4．4 随机序列存储与控制单元

4．5 时序控制单元

4．6 跨阻放大器

4．7 整体电路仿真

5 基于压缩传感的CMOS图像传感器版图设计与仿真

5．1 像素单元

5．2 跨阻放大器

5．3 数字电路部分

5．3．1 逻辑综合

5．3．2 自动布局布线

5．3．3 后仿真

5．4 整体电路

6 结束语

6．1 论文主要贡献及创新

6．2 展望

参考文献

作者简历

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