Integrated CMOS Image Sensor based systems for Bio-Medical applications

用于生物医学应用的基于集成 CMOS 图像传感器的系统

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2014-06001
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.06万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of the proposed research is to investigate, design and implement new integrated image based sensor systems for biomedical applications, with the understanding and intent that they have application in the security, energy and environment sectors. Complementary metal oxide semiconductor (CMOS) based active pixel sensors (APS) have outstanding advantages in integration, power, reliability and cost and have been developed and implemented in leading edge microelectronics and Very Large Scale Integration (VLSI) circuitry. This has led to the development of a new generation of cameras that can be used within the human body for many hours, thus improving patient diagnosis and potentially outcomes. The proposed research is transformative, non-invasive and cutting edge. **This proposal will advance the development of "smart," high performance, compact, and low-cost CMOS based imager systems with real time output. Specifically, we will: 1) leverage our success with wide dynamic range (WDR) sensors, and our novel advanced High and Low Light Level imager [1], to develop a simple two diode based differential based pixel that reduces Fixed Pattern Noise (FPN) and supports imaging in extreme light level conditions. For example, as present in the human body (low light), or where there are very high levels of light and pixels become saturated. Dealing with the latter can help to solve problems in image capture applications where, for example, bright light is used to avoid detection and image capture from security cameras. 2) Build on our optical filter for neuron monitoring [2], and develop an entirely new optical filter for pH detection - a biomedical marker. This new sensor/filter overcomes the hazards of antimony leaching from the current state-of-the-art probes used in the human gastro-intestinal [GI] tract. And 3) Implement a novel algorithm (patent submitted) [3] and architecture for WDR data, thereby reducing the technology's power and processing requirements. This research is also expected to increase display quality, and thus its meaningfulness to the human observer. This would enable porting the technology into lab-on-a-chip or mobile phone solutions, expanding their capabilities. **The proposal builds on unique WDR image capture technology, and broadens its usability and applicability. The proposed technologies are expected to improve diagnosis, reduce the risks associated with state-of-the-art medical technologies, be faster, more accurate, and consume less power. Our experience in working with medical researchers proves that our technologies are enabling them to advance their fields with far ranging benefits. The highly qualified personnel graduating from our Lab have a broad set of skills, hands-on experience, and an understanding of how research translates into commercial success. It is expected that the results obtained will translate into novel technologies supporting a diverse network of end-users in diverse sectors. Our track record establishes that we can surpass what is currently available in the market. *References: **1. 1. Y. Dattner, O. Yadid-Pecht, "High and Low Light CMOS Imager Employing Wide Dynamic Range Expansion and Low Noise Readout", IEEE Sensors Journal, Vol. 12, No. 6, pp. 2172-9, June 2012.*2. L. Blockstein, C. C. Luk, A. K. Mudraboyina, N. I. Syed and O. Yadid-Pecht, "A PVAc based Benzophenone-8 Filter as an Alternative to Commercially Available Dichroic Filters for Monitoring Calcium Activity in Live Neurons via Fura-2 AM ", IEEE Photonics Journal, Vol .4, No. 3, pp. 1004 - 1012, June 2012.*3. A. Hore', C.A. Ofili, O. Yadid-Pecht, "A Joint Global and Local Tone Mapping Algorithm for Displaying Wide Dynamic Range Images", International Journal Information Models & Analysis, Vol. 2, No.1, 2013. Ju
拟议研究的目的是调查、设计和实施用于生物医学应用的新型集成图像传感器系统,并了解它们在安全、能源和环境领域的应用。基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的有源像素传感器(APS)在集成度、功耗、可靠性和成本方面具有突出的优势,并已在前沿微电子和超大规模集成(VLSI)电路中得到开发和实施。这导致了新一代相机的开发,该相机可以在人体内使用多个小时,从而改善患者的诊断和潜在的结果。拟议的研究是变革性的、非侵入性的、前沿的。 **该提案将推动“智能”、高性能、紧凑且低成本的基于 CMOS 的具有实时输出的成像系统的开发。具体来说,我们将:1) 利用我们在宽动态范围 (WDR) 传感器方面的成功,以及我们新颖的先进高低光级别成像器 [1],开发一种简单的基于两个二极管的差分像素,可减少固定模式噪声 (FPN) 并支持极端光级别条件下的成像。例如,存在于人体中(低光),或者存在非常高的光水平并且像素变得饱和的地方。处理后者可以帮助解决图像捕获应用中的问题,例如,使用强光来避免安全摄像机的检测和图像捕获。 2) 以我们用于神经元监测的光学滤波器为基础 [2],并开发一种用于 pH 检测的全新光学滤波器 - 一种生物医学标记。这种新型传感器/过滤器克服了人类胃肠道中使用的当前最先进的探针中锑浸出的危害。 3) 为 WDR 数据实施新颖的算法(已提交专利)[3] 和架构,从而降低技术的功耗和处理要求。这项研究还有望提高显示质量,从而提高其对人类观察者的意义。这将使该技术能够移植到芯片实验室或移动电话解决方案中,从而扩展其功能。 **该提案建立在独特的 WDR 图像捕获技术的基础上,并扩大了其可用性和适用性。所提出的技术预计将改善诊断,降低与最先进的医疗技术相关的风险,更快、更准确,并且功耗更低。 我们与医学研究人员合作的经验证明,我们的技术使他们能够推进他们的领域并带来广泛的好处。从我们实验室毕业的高素质人员拥有广泛的技能、实践经验,并且了解研究如何转化为商业成功。预计所获得的成果将转化为支持不同行业最终用户多样化网络的新技术。我们的业绩记录证明我们可以超越目前市场上的产品。 *参考文献:**1。 1. Y. Dattner、O. Yadid-Pecht,“采用宽动态范围扩展和低噪声读出的高光和低光 CMOS 成像器”,IEEE 传感器杂志,卷。 12,第 6 期,第 2172-9 页,2012 年 6 月。*2。 L. Blockstein、C. C. Luk、A. K. Mudraboyina、N. I. Syed 和 O. Yadid-Pecht,“基于 PVAc 的二苯甲酮 8 滤光片作为市售二向色滤光片的替代品,用于通过 Fura-2 AM 监测活神经元中的钙活动”,IEEE 光子学杂志,第 4 卷,第 3 期,第 1004 - 1012 页,6 月2012年*3。 A. 霍尔,C.A. Ofili, O. Yadid-Pecht,“用于显示宽动态范围图像的联合全局和局部色调映射算法”,国际期刊信息模型与分析,卷。 2、2013年第1期。

项目成果

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  • 批准号:
    RGPIN-2014-06001
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 3.06万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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