CN106993184A - 一种用于cmos传感器的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于CMOS传感器的测试方法，主要解决现有技术中存在的测试功能少、测试芯片数量少的技术问题，本发明通过采用包括平行光灯箱；数量为N的无镜头CMOS传感器，无镜头CMOS传感器测试时与所述平行光位置对应；与无镜头CMOS传感器连接的测试板，测试板包括用于采集信号数据的图像传感器；无镜头CMOS传感器及测试板均固定于测试板固定板，所述测试板固定板固定连接于升降台；所述测试板通过USB2.0均与控制单元连接，所述控制单元还与升降台连接，所述控制单元通过USB电缆及串口与上位机连接的技术方案，较好的解决了该问题，可用于CMOS传感器性能测试中。

Description

一种用于CMOS传感器的测试方法

技术领域

本发明涉及传感器测试领域，特别涉及到一种用于CMOS传感器的测试方法。

背景技术

采用新工艺做的CMOS传感器一般需要对电路和像素性能进行评估，以便后续用该工艺进行批量生产。既然要对电路和像素性能进行评估测试，那么就需要进行数据采集，然后对数据进行换算得出想要的数据。评估电路和像素性能是一个很重要的环节，测试芯片数量比较多，可能几十颗甚至上百颗，且每颗芯片需要抓拍很多图片进行分析，工作量还是比较大的，每颗测试的条件要保持一致，测试环境需放置密封的光箱内，通过该控制系统对数据进行采集和运算。

现有的测试系统通常只能对CMOS传感器的电路和像素性能单一进行测试，并且只能测试一个CMOS传感器芯片。其存在测试功能少、测试数量少的技术问题。因此，提供一种测试功能齐全、测试芯片数量多、使用方便的测试系统就很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的测试功能少、测试芯片数量少的技术问题。提供一种新的用于CMOS传感器的测试系统，该测试系统具有测试功能齐全、能够一次进行多芯片测试的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种用于CMOS传感器的测试系统，所述测试系统包括提供平行光的平行光灯箱；数量为N的无镜头CMOS传感器，所述无镜头CMOS传感器测试时与所述平行光位置对应；与所述无镜头CMOS传感器连接的测试板，所述测试板包括用于采集信号数据的图像传感器；所述无镜头CMOS传感器及测试板均固定于测试板固定板，所述测试板固定板固定连接于升降台；所述测试板通过USB2.0均与控制单元连接，所述控制单元还与升降台连接，所述控制单元通过USB电缆及串口与上位机连接；所述测试系统中上位机位于密封光箱外，测试系统其余部分放置于密封光箱内；所述上位机通过串口控制控制单元进行升降台位置、平行光灯箱及USB线缆通道选择；所述无镜头CMOS传感器数量与测试板数量、测试板固定板数量均相同；其中，N为正整数。

上述技术方案中，为优化，进一步地，所述控制单元包括MCU控制板及USB线路开关，所述MCU控制板用于控制升降台位置及平行光灯箱，所述USB线路开关用于选择USB线缆通道。

进一步地，所述平行光灯箱为DNP灯箱。

进一步地，所述USB2.0包括VBUS、USB_DP、USB_DP、GND四根数据线，用于对应CMOS传感器的D0～D7、HS、VS、像素、CLK、SDA、SCK、PWDN数据线。

进一步地，所述N＝3。

本发明还提供一种用于CMOS传感器的测试系统的使用方法，包括：

(1)将无镜头CMOS传感器装配在测试板上，测试板固定在固定架上，放置密封暗箱内；

(2)上位机通过串口发送指令给控制单元，打开平行光灯箱，调节升降台位置，将包括无镜头CMOS传感器的测试板依次对准DNP灯箱，控制单元控制相应USB线缆与上位机连通，接通测试板，完成后控制单元反馈指令到上位机，上位机通过控制单元初始化测试板上的无镜头CMOS传感器芯片参数，

(3)设定曝光时间值，连续拍100张图片后，按照预定的路径保存每组曝光时间所采集的100张图片为一个文件夹，上位机发送指令，关掉光源；设置光照为全黑Dark，拍5张图片后；

(4)打开光源，曝光时间增大，重复步骤(3)直到曝光时间最大，完成芯片数据采集，进入步骤(5)；

(5)启动数据处理程序处理芯片数据；

(6)重复步骤(2)-(5)，测试板上无镜头CMOS传感器均测试完毕后进入步骤(7)；

(7)打开密封暗箱，取出无镜头CMOS传感器，进行下一轮测试。

上述技术方案中，为优化，进一步地，所述步骤(2)中无镜头CMOS传感器芯片参数包括数据输出格式、PGA增益、ADC范围、低8bit输出及曝光时间。

进一步地，所述低8bit输出为高8bit输出。

进一步地，所述步骤(5)包括：

(A)设置路径，读取当前文件100张图片，求均值mean_illumination；

(B)根据全黑Dark下的5张图片，求均值mean_dark；

(C)根据公式Mean_output＝mean_illumination–mean_dark计算出Mean_output值；

(D)根据100张图片叠加得到均值图片，对所述均值图片求标准偏差得出FPN数据；

(E)对每个像素对应的100个值求标准方差，将所述标准方差平均后得到随机噪声值；

(F)保存所述FPN数据，随机噪声值用于绘制光电曲线。

本发明通过集成多个数据采集装置分别采集无镜头CMOS传感器的数据，通过上位机获取该数据后进行数据处理，完成一次性测试多个无镜头CMOS传感器。该方案通过采用固定在升降台上的多个测试板，每个测试板上设有用于数据采集的图像处理器，图像处理器通过控制单元连接到上位机。相应的，上位机通过控制单元依次选择测试板测试对应的无镜头CMOS传感器。在数据处理部分，本发明通过采用均值叠加法进行计算。由于输出数据格式是Raw data，每个像素由四个分量组成，分别是R、G1、G2、B。根据公式算出四个分量的标准方差值：

R＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

G1＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

G2＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

B＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

其中，X是平均值，Xi是第i个数据。

对每个像素对应的100个值求标准方差值，将标准方差值求平均得到随机噪声值，同理也得到四个分量的随机噪声值，四个分量包括F、G1、G2及R。将得到的数据，保存到Excel中，如图3：

得出的FPN和Temporal Noise单位是LSB，需将单位折算为伏特或电子才有物理意义。折算电压值公式(单位mv):LSB*ADC_range/CDS增益/1024/PGA增益。是8bit输出，除以1024，若是高8bit输出则除以256。折算成电压数据后，可以绘制光电曲线，通过曲线方式来判定芯片电路和像素的性能是好是坏。该数据采集系统得到图片，还可计算其他的数据，包括：

灵敏度：

信噪比：

光响应不一致：

变频增益：

满阱电荷：

本发明的有益效果：

效果一，一次性进行多个无镜头CMOS传感器测试，提高设备利用率；

效果二，一次性进行电路及像素功能测试，增加了功能性；

效果三，降低了成本；

效果四，提高了测试方便性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，所述测试系统结构示意图；

图2，所述测试系统硬件框架示意图；

图3，实施例1中数据处理中测试数据示意图；

图4，测试系统软件拍摄图片流程示意图；

图5，数据处理流程示意图；

图6，根据测试数据拟合的光电曲线。

附图中：1-测试板，2-平行光，3-平行光灯箱，4-密封暗箱，5-升降台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，

本实施例提供一种用于CMOS传感器的测试系统，如图1，所述测试系统包括提供平行光的平行光灯箱，所述平行光灯箱为DNP灯箱；数量为3的无镜头CMOS传感器，所述无镜头CMOS传感器测试时与所述平行光位置对应；与所述无镜头CMOS传感器连接的测试板，所述测试板包括用于采集信号数据的图像传感器；所述无镜头CMOS传感器及测试板均固定于测试板固定架，所述测试板固定架固定连接于升降台；所述测试板通过USB2.0均与控制单元连接，所述控制单元还与升降台连接，所述控制单元通过USB电缆及串口与上位机连接；所述测试系统中上位机位于密封光箱外，测试系统其余部分放置于密封暗箱内；所述上位机通过串口控制控制单元进行升降台位置、平行光灯箱及USB线缆通道选择；所述无镜头CMOS传感器数量与测试板数量、测试板固定板数量均相同。

所述控制单元包括MCU控制板及USB线路开关，所述MCU控制板用于控制升降台位置及平行光灯箱，所述USB线路开关用于选择USB线缆通道。

如图2，每个CMOS传感器通过USB2.0连接到图像传感器，图像传感器进行数据采集，所述数据通过USB线缆传输、控制单元到上位机。然后，上位机对数据进行数据处理。数据处理的过程如图5。

所述USB2.0包括VBUS、USB_DP、USB_DP、GND四根数据线，用于对应CMOS传感器的D0～D7、HS、VS、像素、CLK、SDA、SCK、PWDN数据线。

如图4，本实施例中提供一种用于CMOS传感器的测试系统的使用方法，包括：

(1)将3个无镜头CMOS传感器装配在测试板上，测试板固定在固定架上，放置密封暗箱内；

(2)如图4，上位机通过串口发送指令给控制单元，打开平行光灯箱，调节升降台位置，将包括无镜头CMOS传感器的测试板依次对准DNP灯箱，控制单元控制相应USB线缆与上位机连通，接通测试板，完成后控制单元反馈指令到上位机，上位机通过控制单元初始化测试板上的无镜头CMOS传感器芯片参数，包括数据输出格式、PGA增益、ADC范围、低8bit输出及曝光时间。初始化参数为Raw data输出；曝光数件设为1行，对应噪声主要由电路引起；PGA增益设置为8x；ADC范围设为最小值可提高测试精度；低8bit输出，其中低8bit输出可为高8bit输出。

(3)如图4，设定曝光时间值，连续拍100张图片后，按照预定的路径保存每组曝光时间所采集的100张图片为一个文件夹，上位机发送指令，关掉光源；设置光照为全黑Dark，拍5张图片后；

(4)打开光源，曝光时间增大，重复步骤(3)直到曝光时间最大，完成芯片数据采集，进入步骤(5)；

(5)如图5，启动数据处理程序处理芯片数据；

(6)如图4，上位机再次发送串口指令给控制单元，控制升降台，将第2个测试板对准DNP灯箱，同时将测试2板上的USB线缆于上位机相连，上位机给无镜头CMOS传感器芯片配置参数，然后拍图，重复上述动作，直到测试板3测试完，打开箱子，换上新的三颗芯片进行测试。

其中，每设置一次曝光时间就需要拍100张图，要将三颗芯片全部拍完，也需要一段时间，可以利用这段时间，测试人员可以启动数据处理程序对100张图片进行数据处理，步骤(5)包括：

(A)设置路径，读取当前文件100张图片，求均值mean_illumination；

(B)根据全黑Dark下的5张图片，求均值mean_dark；

(C)根据公式Mean_output＝mean_illumination–mean_dark计算出Mean_output值；

(D)根据100张图片叠加得到均值图片，对所述均值图片求标准偏差得出FPN数据，标准方差公式：σ＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)，一组数据中的每一个数与这组数据的平均数的差的平方的和再除以数据的个数，再取平方根；由于输出数据格式是Raw data，每个像素由四个分量组成，分别是R、G1、G2、B。根据公式算出四个分量的标准方差值：

R＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

G1＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

G2＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

B＝{[∑(Xi-X))^2]/n}^(1/2)

X是平均值，Xi是第i个数据。

(E)对每个像素对应的100个值求标准方差，将所述标准方差平均后得到随机噪声值，保存到Excel中，如图3，途中述方法得出的FPN和Temporal Noise单位是LSB，需将单位折算为伏特或电子，折算电压值公式:LSB*ADC_range/CDS_gain/1024/PGA增益，单位mv；低8bit输出除以1024，高8bit输出则除以256；

(F)保存所述FPN数据，随机噪声值，折算成电压数据后，用于绘制光电曲线判定芯片电路和像素的性能。

本实施例中的测试系统还可以得出灵敏度，信噪比，光响应不一致，变频增益及满阱电荷：

灵敏度：

信噪比：

光响应不一致：

变频增益：

满阱电荷：

图6是根据所测得的数据拟合的光电曲线。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种用于CMOS传感器的测试方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)将无镜头CMOS传感器装配在测试板上，测试板固定在固定架上，放置密封暗箱内；

(2)上位机通过串口发送指令给控制单元，打开平行光灯箱，调节升降台位置，将包括无镜头CMOS传感器的测试板依次对准DNP灯箱，控制单元控制相应USB线缆与上位机连通，接通测试板，完成后控制单元反馈指令到上位机，上位机通过控制单元初始化测试板上的无镜头CMOS传感器芯片参数，

(3)设定曝光时间值，连续拍100张图片后，按照预定的路径保存每组曝光时间所采集的100张图片为一个文件夹，上位机发送指令，关掉光源；设置光照为全黑Dark，拍5张图片后；

(4)打开光源，曝光时间增大，重复步骤(3)直到曝光时间最大，完成芯片数据采集，进入步骤(5)；

(5)启动数据处理程序处理芯片数据；

(6)重复步骤(2)-(5)，测试板上无镜头CMOS传感器均测试完毕后进入步骤(7)；

(7)打开密封暗箱，取出无镜头CMOS传感器，进行下一轮测试。

2.根据权利要求1所述的用于CMOS传感器的测试系统的使用方法，其特征在于：所述步骤(2)中无镜头CMOS传感器芯片参数包括数据输出格式、PGA增益、ADC范围、低8bit输出及曝光时间。

3.根据权利要求2所述的用于CMOS传感器的测试系统的使用方法，其特征在于：所述低8bit输出为高8bit输出。

4.根据权利要求1所述的用于CMOS传感器的测试系统的使用方法，其特征在于：所述步骤(5)包括：

(A)设置路径，读取当前文件100张图片，求均值mean_illumination；

(B)根据全黑Dark下的5张图片，求均值mean_dark；

(C)根据公式Mean_output＝mean_illumination–mean_dark计算出Mean_output值；

(D)根据100张图片叠加得到均值图片，对所述均值图片求标准偏差得出FPN数据；

(E)对每个像素对应的100个值求标准方差，将所述标准方差平均后得到随机噪声值；

(F)保存所述FPN数据，随机噪声值用于绘制光电曲线。