基于压缩感知的CMOS 图像传感器关键技术研究

CMOS image sensor (CIS) based on compressed sensing can acquire and compress the signal at the same time，so the data from the source can be reduced. This can improve the speed of A/D conversion and cut down power consumption. Based on CMOS feature sizes shrink and modern information compression theory, we can achieve the integration of redundant information compression. Based on compressed sensing theory , This project research how to reduce redundant data in the process of image sensor of the CIS, how to cut redundant data during frequency domain and pixel digital noise reduction, how to improve pixel storage stability and accuracy from the storage array redundancy error correction coding mode,how to combined with motion estimation eliminate redundant information during time domain. Finally based on compressed sensing theory and CIS model, This project complete key pixel device and circuit modeling, design, analysis and optimization,the circuit implementation technologies that meet the needs of high precision, low power consumption, low area occupied，implement CIS high-performance imaging output and efficient data processing. The research provide guidance and technical method for the new intelligent CMOS image sensor chip design, and is widely applied in image information acquisition system.

将压缩感知技术引入CMOS图像传感器中，可以在图像光电转换之后，直接对信号进行压缩采样，将信号采集和压缩同时进行，可以有效减少输入数据量，提高转换速度并降低系统功耗。利用CMOS 工艺特征尺寸缩小等新技术工艺，结合现代信息处理和压缩理论，可以在传感器像素阵列级实现冗余信息的集成压缩。本项目基于压缩感知理论，研究在图像传感过程中消减冗余数据的CIS设计理论，研究像素级数字降噪和频域冗余数据压缩的方法，借鉴存储阵列冗余纠错编码等模式提高像素存储稳定度和准确度，结合运动估计进行帧差时域冗余信息消除。最终建立一套基于压缩感知的新型CMOS 图像传感器理论和方法模型，完成核心像素图像信息压缩处理电路的建模、分析和优化，在电路精度、功耗和面积占用实现优化，实现CIS高性能传感成像和高效率数据输出处理。研究成果为小尺寸工艺下新一代高智能化CMOS 图像传感器芯片设计提供可行性理论指导和技术方法，并广泛应用于图像信息采集系统。

将压缩感知技术引入CMOS图像传感器中，在传感器像素阵列级实现冗余信息的集成压缩，提高图像转换速度并降低系统功耗。本项目基于压缩感知理论，主要研究了在图像传感过程中消减冗余数据的CMOS 图像传感器设计理论和方法，研究了数字降噪和频域冗余数据压缩的方法，研究了一种适用于时间延时积分电荷域累加型耦合式转移输出的机制，研究了解码式3D堆叠结构等模式提高像素存储稳定度和准确度，研究了可应用于图像传感器的高精度Cyclic ADC。基于压缩感知架构重点研究了面向 SOPC 实现的快速图像融合技术，研究了基于相似特征三角形的图像配准算法，研究了图像分类的降维处理算法，以及图像去噪、图像滤波、图像编解码等相关应用于压缩感知图像处理算法。最终建立一套基于压缩感知的新型CMOS 图像传感器理论和方法模型，完成核心图像信息压缩处理算法及实现电路的建模、分析和优化，在电路精度、功耗和面积占用实现优化，实现CIS高性能传感成像和高效率数据输出处理。