近年来,在智能手机、物联网、机器人和工业4.0以及智能硬件等产业的推动下,以CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传感器为代表的物联网得到了迅速的发展和广泛的应用。然而,传统的只依赖光强或颜色的CMOS/CCD（Charge Coupled Device）成像系统在卫星遥感、海洋开发以及新兴的无人驾驶、生物医学等相当多物联网领域的应用中,遇到了很大的阻碍。幸运的是,利用光偏振特性的成像系统在解决这些困难方面已经取得了非常好的效果。此外,基于光强度、颜色或偏振等CMOS图像传感器被广泛应用的同时,也受到诸多安全问题的困扰。传统的基于复杂加密、解密过程的算法由于消耗资源太多,在很多要求低成本、低功耗的物联网应用场合就变得不再适用。不仅如此,这些基于加解密算法的软件安全解决方案往往只针对通信信道,无法保证终端图像传感设备的安全。物理不可克隆函数（Physical Unclonable Function,PUF）作为一项硬件安全技术,在解决以上问题方面具备诸多优势。并且,它在近年来引起了人们广泛的研究兴趣。然而,由于PUF的随机性源自于CMOS的制造工艺偏差,随着工艺不断改善与趋稳,已有电子式PUF的进一步发展就受到了极大挑战。电子式PUF应用于物联网时,其输出响应的稳定性也会受到电源电压波动的较大影响。与之不同,基于微偏振金属光栅的非电子式PUF可以通过较剧烈的光学性能变化幅度放大工艺偏差的影响,从而很大程度上提高了PUF的随机性以及其输出的稳定性。鉴于此,本项目将结合物联网中已有的CMOS偏振图像传感芯片,以“基于微偏振金属光栅的新型低成本、低功耗光学PUF”为主要研究对象,意图为物联网应用中图像传感器节点和所捕获的图像信息提供可靠以及低成本的根信任服务（Root of Trust,Ro T）。本文利用了CMOS工艺中亚波长金属互连层的无源光刻变化,为主流光学模块提出了一种新型的光学PUF设计,即基于微偏振金属光栅的物理不可克隆函数电路。该PUF结构主要包含有以下几个模块:有源像素传感器（Active Pixel Sensor,3T-APS）、行列译码选择器、12位模数转换器、一个共享的单位增益放大器等。同时,为了更好地实现该光学PUF电路,本文先设计一款基于电压基准源的电子式的PUF电路,以探索电子式与非电子式的差别。该电子式PUF由以下几大模块组成:电压基准源单元、行列译码器、电压比较器。本项目拟解决两大问题:第一,具备“产生非电子式PUF”能力的微偏振金属光栅设计及其光学建模研究,这是能否成功构造新型光学PUF结构的必要前提;第二,片上非电子式微偏振光栅PUF在稳定性量化问题的研究,这保证了该光学PUF在不同操作环境下能稳定工作的问题。而在经过芯片流片与测试后,所设计的光学PUF实现了预计的要求。