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高速大像素CMOS图像传感器中钳位光电二极管形状设计的研究进展
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作者 张文轩 程正喜 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第6期514-523,共10页
采用钳位光电二极管(PPD)的CMOS图像传感器,由于其优异的性能,已成为图像传感领域中占主导地位的技术。然而,更大尺寸PPD的应用在电荷传输速度和效率方面存在挑战,特别是在微光、高速探测的场景中,传统的像素设计难以满足必要的性能标... 采用钳位光电二极管(PPD)的CMOS图像传感器,由于其优异的性能,已成为图像传感领域中占主导地位的技术。然而,更大尺寸PPD的应用在电荷传输速度和效率方面存在挑战,特别是在微光、高速探测的场景中,传统的像素设计难以满足必要的性能标准。一种有效的方法是通过PPD的形状设计来提升大像素性能。首先全面概述了产生PPD横向电场的两种机制:边缘电场设计和钳位电压调制,并探讨了基于这两种设计策略的各种设计改进。然后总结了传输栅-浮空扩散(TG-FD)节点收集结构及像素整体布局优化的相关研究进展。此外,还研究了PPD的形状设计对暗电流的影响。通过全面分析PPD形状设计中采用的方法,为提升大像素设计提供了参考。 展开更多
关键词 cmos图像传感器 大尺寸像素 横向电场 电荷转移 暗电流
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CMOS图像传感器与CCD的比较及发展现状 被引量:21
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作者 宋勇 郝群 +1 位作者 王涌天 王占和 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第z2期387-389,共3页
本文从读取方式、集成性等多角度对 CMOS图像传感器和 CCD作了比较 ,并介绍了 CMOS图像传感器和 CCD技术的发展现状 ,指出了
关键词 cmos图像传感器 CCD 有源像素传感器
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连续激光辐照CMOS相机的像素翻转效应及机理 被引量:8
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作者 盛良 张震 +1 位作者 张检民 左浩毅 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期39-42,共4页
为了研究激光对CMOS图像传感器的干扰效果,利用632.8 nm连续激光开展了对CMOS相机的饱和干扰实验。随着入射激光功率的增加,分别观察到未饱和、饱和、全屏饱和等现象,并发现,在全屏饱和前,功率密度达到1.4 W/cm^2后,光斑强区中心区域出... 为了研究激光对CMOS图像传感器的干扰效果,利用632.8 nm连续激光开展了对CMOS相机的饱和干扰实验。随着入射激光功率的增加,分别观察到未饱和、饱和、全屏饱和等现象,并发现,在全屏饱和前,功率密度达到1.4 W/cm^2后,光斑强区中心区域出现了像素翻转效应。进一步加大光敏面激光功率密度到95.1 W/cm2,激光作用停止后相机仍能正常成像,证明像素翻转效应并非源自硬损伤。基于CMOS相机芯片的结构和数据采集处理过程进行了机理分析,认为强光辐照产生的过量光生载流子使得光电二极管电容上原来充满的电荷被快速释放,使得相关双采样中的两次采样所得信号V_(reset)与V_(signal)逐渐接近,是输出像素翻转的一种可能原因。 展开更多
关键词 激光 图像传感器 辐照效应 cmos 像素翻转
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CMOS图像传感器动态范围扩展技术 被引量:14
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作者 裴志军 国澄明 +1 位作者 姚素英 赵毅强 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2003年第6期1-3,7,共4页
CMOS有源像素图像传感器动态范围的扩展可采用各种技术,如对数像素结构、横向溢出栅像素结构、多次曝光技术、局部曝光技术等,其中多次曝光技术在可获得大动态范围图像的同时,信噪比(SNR)较高。
关键词 cmos 图像传感器 有源像素 动态范围 曝光
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光电二极管有源像素CMOS图像传感器固定模式噪声分析 被引量:6
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作者 张生才 董博彦 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期798-801,共4页
在研究有源像素工作机理和制作工艺的基础上,分析了固定模式噪声的产生机制以及对输出信号的影响,建立了噪声产生模型,得出了噪声影响的定量计算的公式。提出了通过优化电路和版图设计抑制电路固定模式噪声的方法。对于无法通过电路设... 在研究有源像素工作机理和制作工艺的基础上,分析了固定模式噪声的产生机制以及对输出信号的影响,建立了噪声产生模型,得出了噪声影响的定量计算的公式。提出了通过优化电路和版图设计抑制电路固定模式噪声的方法。对于无法通过电路设计消除的噪声,提出了双采样电路抑制方法。研究结果对于设计低噪色有源像素具有指导意义。 展开更多
关键词 像素 固定模式噪声 有源像素传感器 cmos图像传感器 失调
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CMOS有源像素传感器光响应分析及实验模型建立 被引量:8
6
作者 徐江涛 姚素英 朱天成 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期334-337,共4页
在分析CMOS工艺中的N+/P衬底光电二极管光电响应特性的基础上,提出了一个用于光电响应估算的模型.采用chartered0.35μm2P4MN阱工艺,设计并制造了一个三管有源像素传感器及其测试电路以获得模型的精确实验数据.根据在室光下测试得到的... 在分析CMOS工艺中的N+/P衬底光电二极管光电响应特性的基础上,提出了一个用于光电响应估算的模型.采用chartered0.35μm2P4MN阱工艺,设计并制造了一个三管有源像素传感器及其测试电路以获得模型的精确实验数据.根据在室光下测试得到的灵敏度(0.76V/lx.s)和从像素中提取的电容值,可得电流密度和入射光强度之间的线性系数为7.542×10-4A/m2.lx.这个简单、精确的模型适合在设计CMOS图像传感器中,预测光电二极管和CMOS图像传感器的性能. 展开更多
关键词 cmos图像传感器 光电二极管 光电响应 实验模型 有源像素
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CMOS有源图像传感器的最新研究进展 被引量:10
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作者 李杰 刘金国 +1 位作者 王英霞 郝志航 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第1期7-8,11,共3页
由于CMOS有源图像传感器在单片集成、系统功耗、价格以及微型化方面都大大优于CCD,近年来得到较快进展,特别是其抗辐射的性能,使其在空间应用方面尤其具有优势。介绍了CMOS有源图像传感器的原理、性能和研究进展,重点介绍了在空间领域,... 由于CMOS有源图像传感器在单片集成、系统功耗、价格以及微型化方面都大大优于CCD,近年来得到较快进展,特别是其抗辐射的性能,使其在空间应用方面尤其具有优势。介绍了CMOS有源图像传感器的原理、性能和研究进展,重点介绍了在空间领域,特别是星敏感器中的研究进展和应用现状。 展开更多
关键词 cmos图像传感器 有源像元传感器 空间应用 星敏感器
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CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应 被引量:4
8
作者 汪波 李豫东 +5 位作者 郭旗 文林 孙静 王帆 张兴尧 玛丽娅 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期202-206,共5页
为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输... 为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。 展开更多
关键词 cmos有源像素传感器 中子辐照 像素单元 饱和输出电压 位移效应
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CMOS有源像素图像传感器的电子辐照损伤效应研究 被引量:4
9
作者 玛丽娅 李豫东 +3 位作者 郭旗 刘昌举 文林 汪波 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期182-187,共6页
对某国产CMOS图像传感器进行了两种不同能量的电子辐照试验,在辐照前后及退火过程中采用离线测量方法,考察了暗信号、饱和电压、光谱响应特性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。结果表明:暗信号和暗信号非均匀性都随着辐照剂量... 对某国产CMOS图像传感器进行了两种不同能量的电子辐照试验,在辐照前后及退火过程中采用离线测量方法,考察了暗信号、饱和电压、光谱响应特性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。结果表明:暗信号和暗信号非均匀性都随着辐照剂量的增加及高温退火时间的延长而增大;饱和电压在两种能量电子辐照下均出现较大幅度的减小,并在高温退火过程中有所恢复;光谱响应特性无特别明显变化。经分析,暗电流、饱和电压的变化主要由辐照诱发的氧化物陷阱电荷导致的光敏二极管耗尽层展宽和界面陷阱电荷密度增大导致产生-复合中心的增加所引起。 展开更多
关键词 电子辐照 cmos有源像素传感器 暗信号
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低噪声四管像素CMOS图像传感器设计与实现 被引量:4
10
作者 徐江涛 李斌桥 +1 位作者 姚素英 任张强 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期149-152,共4页
基于SMIC 0.18μm工艺设计了一种低噪声的四管像素结构.通过在像素内增加传输管和存储节点实现了相关双采样,可同时消除固定模式噪声和随机噪声;采用Pinned光电二极管技术大幅降低了表面暗电流.所设计像素尺寸为3.6μm×3.6μm,并... 基于SMIC 0.18μm工艺设计了一种低噪声的四管像素结构.通过在像素内增加传输管和存储节点实现了相关双采样,可同时消除固定模式噪声和随机噪声;采用Pinned光电二极管技术大幅降低了表面暗电流.所设计像素尺寸为3.6μm×3.6μm,并将其应用于一款648×488像素阵列CMOS图像传感器,经流片测试,图像传感器信噪比可达42 dB,在25℃下表面暗电流为25 mV/s(转换成电压表示的).所设计的四管Pinned光电二极管像素结构相对于传统三管像素结构,具有较低的噪声和暗电流. 展开更多
关键词 cmos图像传感器 四管像素 随机噪声 暗电流
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CMOS图像传感器关键技术及其新进展 被引量:11
11
作者 刘静 杜明辉 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2004年第11期9-11,共3页
阐述了CMOS图像传感器芯片的基本现状,给出了目前应用在民用相机上存在的固定图形噪声、暗电流噪声以及像素间串扰等问题的解决方法与对策。并通过对CMOS图像传感器的新技术进行探讨,预测了CMOS图像传感器的应用前景与发展前途。
关键词 cmos图像传感器 芯片 流噪声 图形 像素 关键技术 解决方法 串扰 暗电流 民用
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CCD与CMOS像素传感器γ射线电离辐射响应特性对比研究 被引量:6
12
作者 徐守龙 邹树梁 +2 位作者 黄有骏 郭赞 匡雅 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期815-822,共8页
为了研究CCD与CMOS像素传感器对γ射线电离辐射的响应差异,对比研究了4类像素传感器的结构特点和辐射响应特性。通过辐射实验,对各传感器在不同辐射水平条件下的光子响应事件分布、平均灰度值以及典型光子响应事件进行研究。研究结果表... 为了研究CCD与CMOS像素传感器对γ射线电离辐射的响应差异,对比研究了4类像素传感器的结构特点和辐射响应特性。通过辐射实验,对各传感器在不同辐射水平条件下的光子响应事件分布、平均灰度值以及典型光子响应事件进行研究。研究结果表明:光子响应程度均与辐射剂量率相关;CCD像素传感器的沟道传输方式使每列像元间的辐射响应更容易相互干扰;平均灰度值随剂量率的增大存在明显的梯度,各积分周期内输出信号灰度值围绕均值上下波动,CCD像素传感器输出信号灰度浮动范围较小;CMOS像素传感器各像元对光子的响应更加明显,CCD像素传感器各像元的响应信号易与相邻像元发生串扰;各类像素传感器典型辐射响应事件区域中发生光子响应的像元数量随剂量率的增大而增多,响应事件并非单个光子的行为,而是反映了多个光子在区域内同时沉积能量的过程。本研究为开发像素传感器的γ射线辐射探测技术和应用提供了重要的理论分析和实验数据支撑。 展开更多
关键词 互补金属氧化物半导体 电荷耦合元件 像素传感器 光子电离辐射 辐射响应特性
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新型大动态范围CMOS图像传感器双采样像素阵列设计 被引量:2
13
作者 徐江涛 姚素英 +4 位作者 赵毅强 李树荣 张生才 张为 裴志军 《传感技术学报》 CAS CSCD 2003年第4期438-441,共4页
提出了一种新型双采样结构大动态范围CMOS图像传感器的像素阵列结构。该结构在传统的光电二极管型三管有源像素的基础上 ,加入了第二列信号处理电路 ,两列信号处理电路分别处理两次采样。双采样像素结构大幅提高了图像传感器动态范围 。
关键词 cmos 图像传感器 双采样结构 动态范围 有源像素阵列 信号处理电路
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CMOS成像系统亚像元定位精度研究 被引量:6
14
作者 曾桂英 解源 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期69-73,80,共6页
本文构建了基于CMOS图像传感器的高精度定位系统,并且研究光源、被测目标、测量系统与亚像元定位算法等因素对定位精度的影响。研究结果表明:光源与测量环境的稳定性是高精度测量的必要前提与关键因素;带阈值的质心算法对系统白噪声抑... 本文构建了基于CMOS图像传感器的高精度定位系统,并且研究光源、被测目标、测量系统与亚像元定位算法等因素对定位精度的影响。研究结果表明:光源与测量环境的稳定性是高精度测量的必要前提与关键因素;带阈值的质心算法对系统白噪声抑制能力基本相同,但对具有一定规律缓慢变化的干扰信号抗干扰能力不同,且带活动阈值的质心算法抗干扰能力最强;根据被测目标与实际误差分布规律选择合适的算法处理,是工程应用中实现高精度亚像元定位的有效保证。 展开更多
关键词 cmos图像传感器 亚像元定位 定位精度 误差分析
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基于标准CMOS工艺的有源像素单元结构的研究 被引量:2
15
作者 周鑫 朱大中 郭维 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2005年第4期434-437,共4页
基于标准N阱互补金属氧化物半导体集成电路(CM O S)工艺,设计了P+/N-w e ll/P-sub光电管结构和传统的N+/P-sub光电管结构的有源像素单元。像素单元面积为100μm×100μm,感光面积百分比分别为77.6%和89%,采用了上华0.6μm两层金属... 基于标准N阱互补金属氧化物半导体集成电路(CM O S)工艺,设计了P+/N-w e ll/P-sub光电管结构和传统的N+/P-sub光电管结构的有源像素单元。像素单元面积为100μm×100μm,感光面积百分比分别为77.6%和89%,采用了上华0.6μm两层金属两层多晶硅CM O S工艺研制。测试分析结果表明P+/N-w e ll/P-sub结构在暗电流大小,光照响应信号大小,感光灵敏度和感光动态范围上均优于传统的N+/P-sub结构。通过改变复位信号频率,将P+/N-w e ll/P-sub结构像素的感光动态范围提高到139.8 dB,改善了有源像素的感光性能。 展开更多
关键词 互补金属氧化物半导体集成电路(cmos) 有源像素传感器 光电传感器
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低照度CMOS图像传感器设计与实现 被引量:6
16
作者 李金洪 邹梅 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期246-252,共7页
设计了一种基于电容反馈跨阻放大器型(Capacitive Trans-impedance Amplifier,CTIA)像元电路与双Δ采样(Delta Double Sampling,DDS)的低照度CMOS图像传感器系统。采用CTIA像元电路提供稳定的光电二极管偏置电压以及高注入效率,完成在... 设计了一种基于电容反馈跨阻放大器型(Capacitive Trans-impedance Amplifier,CTIA)像元电路与双Δ采样(Delta Double Sampling,DDS)的低照度CMOS图像传感器系统。采用CTIA像元电路提供稳定的光电二极管偏置电压以及高注入效率,完成在低照度情况下对微弱信号的读取;同时采用数字DDS结构,通过在片外实现像元积分信号与复位信号的量化结果在数字域的减法,达到抑制CMOS图像传感器中固定图案噪声的目的,进一步提高低照度CIS的成像质量。基于0.35μm标准CMOS工艺对此基于CTIA像元电路的CMOS图像传感器芯片进行流片,像元阵列为256×256,像元尺寸为16μm×16μm。测试结果表明该低照度CMOS图像传感器系统可探测到0.05 lx光照条件下的信号。 展开更多
关键词 低照度 cmos图像传感器 双Δ采样 CTIA像元电路
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多分辨率CMOS图像传感器芯片设计 被引量:2
17
作者 解宁 丁毅 +1 位作者 王欣 陈世军 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第7期506-510,519,共6页
在一些特殊图像处理任务如模式识别、目标跟踪和图像压缩等中需要图像传感器能够实现动态的可编程帧频和多分辨率。介绍了一种CMOS图像传感器设计,可以通过编程方式获得动态像素分辨率。在普通模式下,作为典型的图像传感器获得全帧图像... 在一些特殊图像处理任务如模式识别、目标跟踪和图像压缩等中需要图像传感器能够实现动态的可编程帧频和多分辨率。介绍了一种CMOS图像传感器设计,可以通过编程方式获得动态像素分辨率。在普通模式下,作为典型的图像传感器获得全帧图像数据;在合并模式下,将传感器像素阵列分为特定子模块并且合并读出,同时获得更高的帧频,子模块的规格可通过编程进行定义。该CMOS有源像素传感器(APS)采用0.18μm CMOS工艺实现,阵列规模为256×512,既可以像素全部输出,又可实现任意p×q像素合并读出。通过将信号处理电路转移到焦平面的方式,可大大降低后续图像处理的计算量,从而使系统降低了功耗并提高了处理效率。 展开更多
关键词 cmos有源像素传感器(APS) 像素合并 可编程多分辨率 动态帧频 低功耗
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基于CMOS图像传感技术的新型数字式太阳敏感器 被引量:6
18
作者 饶鹏 孙胜利 陈桂林 《科学技术与工程》 2008年第4期940-945,共6页
数字式太阳敏感器是目前应用于航天器姿态控制系统的高精度敏感器。随着有源像素传感器(APS)作为新型图像传感器件在空间任务中的广泛应用,一种以APS为技术基础的新型数字式太阳敏感器以视场大、精度高、微型化、低功耗等特点,正在成为... 数字式太阳敏感器是目前应用于航天器姿态控制系统的高精度敏感器。随着有源像素传感器(APS)作为新型图像传感器件在空间任务中的广泛应用,一种以APS为技术基础的新型数字式太阳敏感器以视场大、精度高、微型化、低功耗等特点,正在成为现阶段太阳敏感器的最新趋势。介绍了这种太阳敏感器的研制情况,其中详细阐述了设计原理、系统实现方案以及地面闭环测试等技术工作。 展开更多
关键词 有源像素传感器 数字式太阳敏感器 航天飞行器 姿态控制
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基于大动态范围CMOS图像传感器对数有源像素一种新的FPN抑制技术(英文) 被引量:1
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作者 刘激扬 姚素英 +4 位作者 赵毅强 张为 张生才 李树荣 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期790-793,共4页
对数模式的CMOS图像传感器提供了大动态范围(大约120dB)。在对数图像传感器设计中缺少简单的消除FPN的方法。采用对数模式的CMOS图像传感器获得了比线性APS大的动态范围。在对数模式传感器中采用了一种新的FPN抑制技术。即在对数像素中... 对数模式的CMOS图像传感器提供了大动态范围(大约120dB)。在对数图像传感器设计中缺少简单的消除FPN的方法。采用对数模式的CMOS图像传感器获得了比线性APS大的动态范围。在对数模式传感器中采用了一种新的FPN抑制技术。即在对数像素中增加一个开关晶体管并结合双采样电路,该技术的实施使得对数像素的读出显著的降低了FPN水平。 展开更多
关键词 对数有源像素 像素内FPN抑制 双采样 cmos图像传感器
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CMOS APS图像传感器的像质分析 被引量:6
20
作者 范红 陈桂林 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期104-107,140,共5页
使用标准CMOS制作工艺生产的有源像素传感器(APS)引起了广泛关注。为了确定CMOSAPS成像系统设计的主要参数选择的正确性,以及能否满足要求或指标,需要对相机系统的像质进行分析。考虑到CMOSAPS图像传感器与CCD的不同,在分析时计算了CMOS... 使用标准CMOS制作工艺生产的有源像素传感器(APS)引起了广泛关注。为了确定CMOSAPS成像系统设计的主要参数选择的正确性,以及能否满足要求或指标,需要对相机系统的像质进行分析。考虑到CMOSAPS图像传感器与CCD的不同,在分析时计算了CMOSAPS成像系统中的镜头、滤光片和焦平面的调制传递函数(MTF),系统MTF曲线为各个部分MTF值之积。在系统截止频率范围内,利用MTF曲线所围面积的大小来评价系统的成像质量。在系统制造之前,用调制传递函数作为像质的评价方法,看其是否符合使用要求,是十分有价值的工作。 展开更多
关键词 cmos 有源像素传感器 调制传递函数 像质分析 图像传感器
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