漏电流对CMOS探测器成像品质的影响分析

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1、第38卷第3期航天返回与遥感2017年6月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING53漏电流对CMOS探测器成像品质的影响分析唐庆博唐超张恒浩（中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076）摘要CMOS探测器近年来在工业、民用、航天等领域得到了广泛的应用，而漏电流对CMOS探测器成像品质影响的研究却较少。文章针对CMOS探测器在低读出速率时造成图像噪声过大的原因进行了分析，发现CMOS探测器的漏电流是产生该种图像噪声主要成因，并对不同读出速率下的像质进行了试验分析。理论和试验结果表明：在较低的读出速率时，CMOS探测器的漏电流产生的噪声过大，

2、导致图像噪声的增大，影响了像质。因此，设计CMOS相机时应重点考虑低读出速率时，CMOS探测器漏电流对像质的影响，必要时要增加缓存，以便获得更好的像质。文章将为CMOS探测器在低速读出应用、设计提供一定的参考。关键词漏电流图像探测器图像噪声读出速率空间相机中图分类号:TN29文献标志码:A文章编号:1009-8518(2017)03-0053-05DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2017.03.006TheInfluenceoftheLeakageCurrenttoCMOSImageQualityTANGQingboTANGChaoZHANGHen

3、ghao（R&DCentre,ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing100076,China）AbstractCMOSimagesensoriswidelyusedinindustrial,civil,aerospaceandotherfieldsinrecentyears.However,theinfluenceoftheleakagecurrenttotheCMOSimagequalityislessstudied.AccordingtothemechanismanalysisoftheCMOSsensor,itisf

4、oundthattheleakagecurrentoftheCMOSimagesensoristhemainreasonoftheimagenoise.TheleakagecurrentmechanismofCMOSimagesensorisanalyzedandimagequalityisanalyzedunderdifferentreadoutrates.Theoreticalandexperimentalresultsshowthattheimagenoiseisincreasedatlowerreadoutrates,becauseoftheinfluenceoft

5、heleakagecurrentoftheCMOS.Andtheresultsshowthattheimagenoisewillincreaseatthebottomofimage.Therefore,designingCMOScamerashouldconsidertheeffectsoflowreadoutratetoimagenoise,anditisnecessarytoincreasecacheforobtainingbetterimagequality.ThestudyofthispaperwillprovidestrongguidanceforCMOSdesi

6、gninlow-speedreadoutapplications.Keywordsleakagecurrent;imagesensor;imagenoise;readoutrate;spacecamera0引言互补金属氧化物半导体（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS）探测器是一种新发展的固体图像传感器，其工作过程为：光子信号由光敏单元转换为电压信号输出，经过后续的放大、AD转[1]换等过程转换为数字图像信号。相对于CCD探测器而言，CMOS探测器具有空间抗辐射能力强、动态收稿日期：2017-03-1754航天返回与遥感20

7、17年第38卷范围大、读出速度快、成本低、体积小、质量轻、集成度高、功耗低等优点，现在广泛应用于航空航天、[1-4]生物医学、工业、天文观测等诸多领域。CMOS探测器的每个光敏二极管都搭配了放大器，该放大器很容易受到供电或相邻电路干扰等影响，带来噪声，同时放大增益的不同也会引起很大的固定模式噪声，[2]因此，与CCD相比，CMOS探测器往往存在更大的噪声。文献[1]、文献[4-15]对CMOS探测器的噪声产生原因进行了广泛的研究和分析，本文主要研究CMOS探测器漏电流对图像噪声的影响。1漏电流的机理[3-4]CMO