Materials, Processing, and Testing of Flexible Image Sensor Arrays

Editors' note:Flexible, large-area display and sensor arrays are finding growing applications in multimedia and future smart homes. This article first analyzes and compares current flexible devices, then discusses the implementation, requirements, and testing of flexible sensor arrays.—Jiun-Lang Huang (National Taiwan University) and Kwang-Ting (Tim) Cheng (University of California, Santa Barbara)

Coma measurement using a PSM and transmission image sensor

As feature size decreases, especially with the use of resolution enhancement technique, requirements for the coma aberrations in the projection lenses of the lithographic tools have become extremely severe. So, fast and accurate in situ measurement of coma is necessary. In the present paper, we present a new method for characterizing the coma aberrations in the projection lens using a phase-shifting mask and a transmission image sensor. By measuring the image positions at multiple NA and partial coherence settings, we are able to extract the coma aberration. The simulation results show that the accuracy of coma measurement increases approximately 20% compared to the previous straightforward measurement technique. (c) 2005 Elsevier GmbH. All rights reserved.

A high accuracy image sensor for sinusoidal phase-modulating interferometry

We proposed a high accuracy image sensor technique for sinusoidal phase-modulating interferometer in the field of the surface profile measurements. It solved the problem of the CCD's pixel offset of the same column under two adjacent rows, eliminated the spectral leakage, and reduced the influence of external interference to the measurement accuracy. We measured the surface profile of a glass plate, and its repeatability precision was less than 8 nm and its relative error was 1.15 %. The results show that it can be used to measure surface profile with high accuracy and strong anti-interference ability. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

CCD image sensor induced error in PIV applications

The readout procedure of charge-coupled device (CCD) cameras is known to generate some image degradation in different scientific imaging fields, especially in astrophysics. In the particular field of particle image velocimetry (PIV), widely extended in the scientific community, the readout procedure of the interline CCD sensor induces a bias in the registered position of particle images. This work proposes simple procedures to predict the magnitude of the associated measurement error. Generally, there are differences in the position bias for the different images of a certain particle at each PIV frame. This leads to a substantial bias error in the PIV velocity measurement (~0.1 pixels). This is the order of magnitude that other typical PIV errors such as peak-locking may reach. Based on modern CCD technology and architecture, this work offers a description of the readout phenomenon and proposes a modeling for the CCD readout bias error magnitude. This bias, in turn, generates a velocity measurement bias error when there is an illumination difference between two successive PIV exposures. The model predictions match the experiments performed with two 12-bit-depth interline CCD cameras (MegaPlus ES 4.0/E incorporating the Kodak KAI-4000M CCD sensor with 4 megapixels). For different cameras, only two constant values are needed to fit the proposed calibration model and predict the error from the readout procedure. Tests by different researchers using different cameras would allow verification of the model, that can be used to optimize acquisition setups. Simple procedures to obtain these two calibration values are also described.

Low-Power Tracking Image Sensor Based on Biological Models of Attention

This paper presents implementation of a low-power tracking CMOS image sensor based on biological models of attention. The presented imager allows tracking of up to N salient targets in the field of view. Employing "smart" image sensor architecture, where all image processing is implemented on the sensor focal plane, the proposed imager allows reduction of the amount of data transmitted from the sensor array to external processing units and thus provides real time operation. The imager operation and architecture are based on the models taken from biological systems, where data sensed by many millions of receptors should be transmitted and processed in real time. The imager architecture is optimized to achieve low-power dissipation both in acquisition and tracking modes of operation. The tracking concept is presented, the system architecture is shown and the circuits description is discussed.

Challenges in visible wavelength detection using optically transparent oxide semiconductors

We discuss the development of amorphous oxide semiconductor technology for optical sensor applications. In particular, we discuss the challenges of detecting visible wavelengths using this family of materials, which are known to be optically transparent due to their relatively large bandgap energy. One of the main issues with amorphous oxide semiconductors (AOS) is the ionization of the oxygen vacancies (VO) under illumination. While this can be beneficial in terms of optical absorption and high photoconductive gain, it can give rise to persistent photoconductivity (PPC). We will present techniques to overcome the PPC, and discuss how to achieve the high photoconductive gain for image sensor applications. © 2012 IEEE.

Infrared image enhancement based on hybrid-domain consideration and data fusion methods

Au cours des dernières décennies, l’effort sur les applications de capteurs infrarouges a largement progressé dans le monde. Mais, une certaine difficulté demeure, en ce qui concerne le fait que les objets ne sont pas assez clairs ou ne peuvent pas toujours être distingués facilement dans l’image obtenue pour la scène observée. L’amélioration de l’image infrarouge a joué un rôle important dans le développement de technologies de la vision infrarouge de l’ordinateur, le traitement de l’image et les essais non destructifs, etc. Cette thèse traite de la question des techniques d’amélioration de l’image infrarouge en deux aspects, y compris le traitement d’une seule image infrarouge dans le domaine hybride espacefréquence, et la fusion d’images infrarouges et visibles employant la technique du nonsubsampled Contourlet transformer (NSCT). La fusion d’images peut être considérée comme étant la poursuite de l’exploration du modèle d’amélioration de l’image unique infrarouge, alors qu’il combine les images infrarouges et visibles en une seule image pour représenter et améliorer toutes les informations utiles et les caractéristiques des images sources, car une seule image ne pouvait contenir tous les renseignements pertinents ou disponibles en raison de restrictions découlant de tout capteur unique de l’imagerie. Nous examinons et faisons une enquête concernant le développement de techniques d’amélioration d’images infrarouges, et ensuite nous nous consacrons à l’amélioration de l’image unique infrarouge, et nous proposons un schéma d’amélioration de domaine hybride avec une méthode d’évaluation floue de seuil amélioré, qui permet d’obtenir une qualité d’image supérieure et améliore la perception visuelle humaine. Les techniques de fusion d’images infrarouges et visibles sont établies à l’aide de la mise en oeuvre d’une mise en registre précise des images sources acquises par différents capteurs. L’algorithme SURF-RANSAC est appliqué pour la mise en registre tout au long des travaux de recherche, ce qui conduit à des images mises en registre de façon très précise et des bénéfices accrus pour le traitement de fusion. Pour les questions de fusion d’images infrarouges et visibles, une série d’approches avancées et efficaces sont proposés. Une méthode standard de fusion à base de NSCT multi-canal est présente comme référence pour les approches de fusion proposées suivantes. Une approche conjointe de fusion, impliquant l’Adaptive-Gaussian NSCT et la transformée en ondelettes (Wavelet Transform, WT) est propose, ce qui conduit à des résultats de fusion qui sont meilleurs que ceux obtenus avec les méthodes non-adaptatives générales. Une approche de fusion basée sur le NSCT employant la détection comprime (CS, compressed sensing) et de la variation totale (TV) à des coefficients d’échantillons clairsemés et effectuant la reconstruction de coefficients fusionnés de façon précise est proposée, qui obtient de bien meilleurs résultats de fusion par le biais d’une pré-amélioration de l’image infrarouge et en diminuant les informations redondantes des coefficients de fusion. Une procédure de fusion basée sur le NSCT utilisant une technique de détection rapide de rétrécissement itératif comprimé (fast iterative-shrinking compressed sensing, FISCS) est proposée pour compresser les coefficients décomposés et reconstruire les coefficients fusionnés dans le processus de fusion, qui conduit à de meilleurs résultats plus rapidement et d’une manière efficace.