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Mai 2005
Estelle LABONNE
TIMA-CNRS-INPG-UJF46 Av. Félix Viallet38031 Grenoble CedexFrance
CIS group"Concurrent Integrated Systems"
Un capteur de vision CMOS pour la sécurité automobile.
Estelle Labonne
Gilles Sicard, Marc Renaudin
Laboratoire TIMA, Grenoble
estelle.labonne@imag.fr
Mai 2005
Estelle LABONNE
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CIS group"Concurrent Integrated Systems"
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Plan
• Applications visées pour notre capteur de vision;
• Présentation des capteurs de vision;
• Principales caractéristiques des capteurs APS;
• Présentation de l’architecture développée;
• Conclusions et perspectives.
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Estelle LABONNE
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Applications
• Capteur embarqué dans le véhicule
• Surveillance à l’intérieur du véhicule: - observation du visage du conducteur pour la détection d’un endormissement;- observation de la position des passagers pour le déclenchement sélectif des airbags;
• Surveillance à l’extérieur du véhicule:- détection d’obstacles (autres véhicules, cyclistes, piétons)
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Estelle LABONNE
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Les capteurs de vision
Capteur CCD Capteur APS Capteur à concevoirTechnologie CCD CMOS CMOS
Coût $$$ $ $
Mode de capture progressiveprogressive ou
instantanéeinstantanée
Accès aux pixels séquentielséquentiel ou
aléatoirealéatoire
Vitesse de lecture + + + + + + +Bruit + + + + + +
Sensibilité + + + + + +Dynamique de fonctionnement
++ + + + + +
Deux types de capteurs de vision: les capteurs CCD (Charge Coupled Device) les capteurs APS (Active Pixel Sensor)
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Caractéristiques des APS (1/3)• Le bruit:
Il est le principal défaut des capteurs de vision CMOS. Il y a deux types de bruit, le bruit temporel et le bruit spatial (« fixed pattern noise », FPN).
a) b) c)
Illustration du bruit spatial fixe (FPN): a) bruit spatial colonne à colonne; b) bruit spatial fixe de pixel; c) bruit spatial fixe total.
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• La dynamique de fonctionnement: Elle permet d’évaluer la capacité du capteur à retransmettre une
image comportant à la fois des parties très éclairées et des parties très sombres.
Caractéristiques des APS (2/3)
a) b) c)Exemple de scènes prises avec:
a) une dynamique de 60dB et un faible temps d’exposition b) une dynamique de 60dB et un long temps d’exposition c) une dynamique de 120dB
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• Le mode de capture : Il existe plusieurs méthodes de capture d’image, la capture progressive (ligne par ligne) et la capture instantanée (toute la matrice).
Caractéristiques des APS (3/3)
Acquisition de l’image d’un ventilateur en marche avec: a) une capture d’image progressive
(distorsions) b) une capture instantanée
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Architecture développée (1/2)• Minimisation de la surface:
choix d’une architecture de pixel avec un seul type de transistors;
• Optimisation de la dynamique: choix d’une structure avec un transistor monté en compresseur logarithmique, impliquant un fort bruit FPN;
• Mode de capture instantanée:
mise en place d’une structure dite « glogal shutter », impliquant un interrupteur et une mémoire analogique au sein du pixel;
• Limitation des fuites et isolation de la mémoire: mise en place d’une structure à deux amplificateurs, impliquant une baisse de la dynamique de fonctionnement.
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Architecture développée (2/2)
VOUT
Ampli1 Ampli2
Interrupteur GS
Mémoire
Compresseur logarithmique
Photodiode
Architecture développée pour respecter les spécifications du projet.
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Conclusion
• Spécifications contraignantes dues à l’environnement d’utilisation;
• Association inédite de deux caractéristiques: capture d’image instantanée et grande dynamique de fonctionnement;
• Pixel fonctionnel mais plusieurs points critiques à améliorer;
• Conception d’un circuit de test en cours.
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Perspectives
• Etude et réduction du bruit apporté par le compresseur logarithmique;
• Etude et réduction des fuites de courant au niveau de la mémoire analogique;
• Implémentation, conception et test de la matrice de 620 x 808 pixels;
• Exploitation du circuit de test pour la mise en œuvre de nouvelles architectures de pixel.
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Merci pour votre attention !
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