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极弱光成像或者单光子成像在夜视、侦查以及空间科学等诸多领域都有迫切的应用需求,成像仪器正逐渐处于主导地位,成像仪器的尺寸、性能、低光敏感度变得尤为关键,逐步推进弱光成像传感器的性能提升。电子轰击型有源像素传感器(EBAPS)具有高灵敏、高分辨率、低噪声、小体积、低功耗的特性,正成为新一代先进的极弱光成像传感器。近年来,随着制造工艺水平的提升,APS已经在视频领域获得广泛应用,尤其是低噪声背照APS的市场化,使研制低成本、高质量、可用于极弱光成像的EBAPS成为可能,美国的Intevac公司已经在国际上率先推出了EBAPS产品,专门服务于美国的军方和政府机构。针对我国自主开发EBAPS的应用需求,本文以我国自主开发的可应用于EBAPS的APS传感器为成像器件,深入研究了APS器件的内部结构、工作原理、控制时序及成像方式,并且根据穿戴式设备的开发需要,选取了Microsemi公司的低功耗系列的FPGA作为主控芯片,利用2片低功耗异步SRAM缓存图像数据,最终图像数据通过USB 3.0传输至上位机,上位机软件实时保存数据以便分析。根据各个器件特性,本文设计了6层电路板结构,成功研制了相机系统的硬件电路,并以此为平台通过对各个器件时序的分析,使用硬件描述语言Verilog设计了有限状态机来实现相机系统图像采集、像素数字化、数据存储及传输等各模块的驱动时序,而且可以通过修改软件实现对传感器曝光时间的调节,调节范围为0-150 ms,1024级可调。通过ModelSim平台对状态机时序做时序仿真,证明时序设计的可行性。对相机系统进行调试分析,测试了输出的像素信号响应非均匀性,并利用定标单点校正的方法对非均匀性进行了校正,像素信号的响应非均匀性降低为校正前的0.15,非均匀性得到明显改善。通过测试APS像素补偿电压(BLACKREF)与输出像素信号的关系,综合考虑所选用的ADC芯片的输入线性范围,确定像素补偿电压为0.5V时,APS传感器与ADC均处于线性工作区,且像素信号幅值可以达到1.28V。相机调试完毕后,在传感器前端安装远焦镜头进行成像实验。日光灯下的天花板图像可以清晰看到条纹及斑点。在连续成像的情况下,帧频7 fps,整机功耗为0.82W,电子学噪声约为6.7 mV,基本实现了微型低功耗相机的指标,为穿戴式EBAPS相机研制奠定了基础。