针对3D集成式多光谱TDI-CMOS图像传感器的数字化处理和高速读出需求，为了解决与TDICCD探测器的整体布局、物理尺寸和接口的匹配性和一致性问题，研制了适用于五谱段TDICCD的CMOS读出电路芯片。该读出电路芯片创新地设计了一种使用多相位ADC时钟、支持相关多次采样的新型列级单斜ADC电路结构，实现了TDICCD信号的数字化和高速输出，有效提升了探测器的动态范围和噪声指标。流片测试结果表明：读出电路芯片的功能正常，集成式TDICCD的成像效果良好，新型列级ADC工作正常，读出电路以最小9.5 μs的行周期输出14 bit数据，相关多次采样具备降低输出信号噪声的作用，实现了TDICCD信号的高精度数字化处理和高速输出，满足3D集成式TDI-CMOS图像传感器的研制要求。

为进一步提高事件传感器光流估计的精确度，解决平面拟合算法的拟合模型误差问题，提出一种事件传感器平面拟合光流估计改进算法。该算法采用Prim贪婪算法思想，从事件流中提取有效事件，获取最优局部邻近事件集，为后续光流估计奠定基础。同时，采用特征值算法代替传统最小二乘法，结合贪婪算法下事件集内数据的优劣排序，优化平面拟合模型的建立，提高光流估计算法的精确度。实验结果表明，相比于现有的基于平面拟合的事件传感器光流估计算法，该算法在平均端点误差和平均角度误差两个指标上分别约提升20%和11%，有效提升了事件传感器光流估计算法的精确度。

为了提高用于低噪声CMOS图像传感器的单斜模数转换器（SS ADC）的量化速度，提出一种基于SS ADC的根据输入光强确定采样次数的相关多次采样（CMS）技术。利用数字模拟转换器（DAC）输出信号的差分特性，根据输入电压大小，分别按照不同的方式选择正/负斜坡输入到比较器中。当输入电压信号较小时，控制斜坡形状，使采样次数为4；当输入电压信号较大时，使采样次数为2。采用110 nm的CMOS工艺，时钟频率为400 MHz，行转换时间为23 μs，分辨率为11位，量化范围为1 V内。仿真结果表明：所提技术的微分非线性（DNL）达+0.6/-0.3LSB，LSB指最低有效位，积分非线性（INL）达+0.7/-0.9LSB；最低噪声为82 μV；与传统的采样次数为4的CMS技术相比，在不增加低照度下噪声的同时，将A/D转换周期节约了13 μs。

针对脉冲图像传感器，提出一种高精度高稳定性的高速目标追踪算法。首先，介绍脉冲图像传感器的原理；其次，结合传感器脉冲密度特性改进传统视觉背景提取（Vibe）算法，去除传统Vibe算法中存在的鬼影和空洞问题，提高运动检测的完整性；然后，结合运动检测，对传统均值漂移（MS）追踪算法进行改进，提高目标追踪的精度和稳定性；最后，通过图像重构完成场景再现与目标追踪。在3个高速场景的实验中：与直接应用于图像序列的传统MS算法相比，所提算法对高速目标的最大追踪误差分别从11.0454降低至2.2361，从14.1421降低至5.0000，从26.1725降低至5.0990；目标追踪的位置标准差从7.9879降低至2.0393，从12.0790降低至2.7454，从14.4591降低至3.5654。综上所述，所提算法能够有效提高目标的追踪精度和追踪稳定性，能更好地适用于脉冲图像传感器。

使用Al2O3∶C作为灵敏物质的辐射探测器具有体积小、灵敏度高、可在线远程退火等优点。精确测量Al2O3∶C的光释光荧光光谱不仅有助于理解Al2O3∶C的能级分布和发光机理, 还可用于指导荧光收集和测量系统设计。采用直接测量法和分光测量法测量了Al2O3∶C的光释光荧光光谱, 两种方法得到的光谱基本一致, 具有峰值波长为～414nm, 半高宽为～62nm的单峰形状, 且长波长侧衰减较缓慢。峰值波长为414nm（对应能量为3.0eV）的宽带光释光荧光对应于Al2O3∶C材料中F色心由3P激发态退激到1S基态所发射的荧光。设计的分光光谱测量系统可完全消除高强度反射激发光的影响, 也可用于其他光释光材料的荧光光谱测量。

脉冲序列式图像传感器是一种高速仿生视觉图像传感器，其成像质量受噪声的影响而下降。其中，空间噪声源于比较器等器件的失配，时间噪声源于随机性噪声和同步读出机制下的单码闪烁噪声。本文基于噪声研究和传感器原理建立了噪声模型，仿真预测了不同光电流和积分压降等参数下噪声引起的时间误差率。结果表明：积分压降的增加会减小单码闪烁噪声导致的时间误差率的波动及其他噪声引起的时间误差率；光电流的增加会增大单码闪烁噪声引起的时间误差率的波动；结电容的增加会增大时间噪声引起的时间误差率。最后测试了芯片在脉冲间隔重建方式下的噪声特性，验证了上述分析的正确性。研究结果对于优化脉冲序列传感器的设计、处理噪声和重建出稳定的图像具有指导意义。

量子图像传感器(QIS)在不同的过采样位深下信息冗余程度和动态范围(DR)不同,对于读出电路的要求也不同。研究了QIS成像过程中引入的读噪声,优化了QIS成像的数学模型。在动态范围和失调容限的约束下,得到了子像素过采样的最优位深。仿真结果表明,当QIS的成像位深为12 bit、等效满阱容量为4095 electron时,子像素过采样的最佳比特位深是3,为保证区间误码率小于千分之一,读出电路失调应低于0.22 electron。根据采样策略,设计了一种基于复用结构的flash型低噪声读出电路。相对于传统flash型模数变换器(ADC),所提ADC比较器的个数减少了4个,采样频率为10 MSa/s时,功耗降低了17.5%;采样频率为1 MSa/s时,ADC的功耗为116 nW,ADC的失调为0.196 electron。

针对低照度下传统彩色图像传感器成像质量差的问题,提出一种基于单传感器的低照度彩色图像增强系统。系统同时采集可见光(VIS)和近红外(NIR),用NIR对VIS图像进行增强。系统中,为处理混合光图像提出了一系列图像处理方法:针对NIR对VIS颜色干扰的问题,提出一种颜色差值与降噪处理相结合的VIS分离方法;针对VIS与NIR融合问题,提出一种色彩空间转换与标准化处理相结合的融合方法;针对颜色区分度与信噪比相矛盾的问题,提出一种比值图像与阈值设定相结合的像素替换方法。通过对低照度含NIR图像的处理表明,本文系统可以比较明显地提升传统彩色图像传感器在低照度下的成像亮度、信息量和信噪比,并且效果优于所对比文献。

针对高帧频、全局曝光、通道数可选等成像应用需求，提出了一种高光谱成像用CMOS图像传感器，重点分析了8T像素结构和读出电路的设计方案与电路原理，完成了芯片的整体仿真和流片验证。结果表明：设计符合预期，成像效果良好，像素具备较高的满阱和全局快门功能，读出电路实现了输出通道数可选功能，同时保证了模拟信号在大面阵、低输出通道数条件下的高速、低噪声输出，最终实现的像素阵列为2048×256，像素尺寸为24μm×24μm，单通道最大输出频率为40×106pixel/s，最高帧频为4000f/s，可满足高光谱成像系统对图像传感器的需求。