暗光下CIS噪声多维物理统计分析与自适应感知的片上数字抑制方法研究

暗光下CMOS图像传感器的噪声是影响图像质量提高和动态范围扩展的主要因素。在现有分析与抑制CMOS图像传感器噪声的研究中，缺乏与物理机理相联系的完整准确的像素暂态噪声时域分析和自动适应环境变化的面向SoC实现的数字抑制方法。针对上述问题，本课题根据热噪声、随机电报信号噪声的物理产生机理，以及相关双采样电路的工作原理，从理论上建立像素暂态噪声的时域统计模型，并分析减小器件尺寸对像素暂态噪声分布的影响，达到揭示像素暂态噪声分布规律的目的。同时研究面向SoC实现的数字抑制噪声方法：在确定噪声像素自适应增益的基础上，采用多次采样组合机制抑制暂态噪声；在自适应重构噪声像素原始数据的基础上，利用感知方向性的颜色插补方法抑制暗电流固定模式噪声；在感知光强信息的基础上，使用自适应系数和黑电平信号抑制垂直固定模式噪声。研究成果能为提高暗光下CMOS图像传感器的图像质量和动态范围提供理论指导和新思路。

本报告是对国家自然科学基金项目“暗光下CIS噪声多维物理统计分析与自适应感知的片上数字抑制方法研究”的总结。本项目按照研究计划，完成预期研究内容。在噪声建模与噪声消除方面进行了以下研究：设计了基于多帧采样的CIS暂态噪声抑制方法；设计了与CFA颜色插值相结合的暂态噪声抑制方法；分析了弱相关CFA图像通道间高频分量的相关性，并对缺失像素的高频分量进行估算；将继续进行噪声建模方面的研究。本项目的研究能够为提高CIS性能提供理论基础和参考。