Implementing an RTL Emulation of Noise Sources in CMOS Image Sensors

Abstract

CMOS bildesensorer spiller en viktig rolle i framtidens selvkjørende biler. I forhold som høye temperaturer og svak lysstyrke vil ytelsen til slike sensorer minke ettersom mer støy blir produsert av bildesensoren. I en forberedende studie ble det gjort et forsøk på å modellere de forskjellige støykildene som påvirker bildekvaliteten. Disse modellene tar i betraktning forskjellige parametere som temperatur, lysstyrke og eksponeringstid hvor de er relevant. Den forberedende studien konkluderte med et forslag til en RTL-implementasjon av disse modellene for å emulere en CMOS bildesensor. I denne masteroppgaven har en slik RTL-modell blitt implementert ved bruk av Verilog. RTL-modellen består hovedsakelig av tre moduler som beregner samples fra forskjellige sannsynlighetsfordelinger for å modellere støy. Ved å kombinere disse modulene er det blitt laget et emuleringssystem som har til dels gode resultater, men som er begrenset i sin praktiske nytteverdi. Svakheter ved systemet er blitt analysert for å fremme løsninger som kan forbedre emuleringssystemet.

CMOS image sensors play an important role in the future of autonomous driving. In conditions with high temperature and low lighting, the performance of these sensors is decreased as more noise is added to the images produced by the sensor. In a preliminary feasibility study, an attempt was made to model the different noise sources which affect image quality. These models have taken into consideration different parameters like temperature, lighting, and exposure time where they are relevant. The feasibility study concluded with a suggested layout for an RTL-implementation of these models into a emulation of a CMOS image sensor. In this master thesis, such an RTL-model has been implemented in Verilog. The RTL-model mainly consists of three submodules that compute samples from different probability distributions to model noise. Combining these submodules into an emulation system have led to a partially successful results which are limited in its practical use cases. Weaknesses and shortcomings have been analyzed and proposed solutions can be addressed for the emulation system to be more successful.