ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

112
1 E S E 2 2 : F o r m a t i o n , C a p t u r e e t r e s t i t u t i o n d i m a g e s ( a v r i l 2 0 0 9 ) M F A u d i e r L e s i n f o r m a t i o n s c o n t e n u e s d a n s c e d o c u m e n t s o n t l a p r o p r i é t é e x c l u s i v e d u G r o u p e T h a l e s . E l l e s n e d o i v e n t p a s ê t r e d i v u l g u é e s s a n s l ' a c c o r d é c r i t d e T h a l e s ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images" Systèmes d’imagerie &

description

ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images". Systèmes d’imagerie . VISIBLE. & . Télévision. Sommaire. Première partie Propriétés de l’œil humain Les standards de télévision Prise et restitution d’image Fonctionnement des CCD Seconde partie Fonctionnement des CMOS (APS) - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

Page 1: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

1

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

Systèmes d’imagerie

&

Page 2: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

2

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Sommaire

Première partieI. Propriétés de l’œil humainII. Les standards de télévisionIII. Prise et restitution d’image IV. Fonctionnement des CCD

Seconde partieIV. Fonctionnement des CMOS (APS)V. La couleurVI. Intensificateurs de Lumière (I.L.) VII. Memo de photométrie

Page 3: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

3

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

I. Œil humain

1. Physiologie

2. Sensibilité

3. Résolution

4. Synthèse

Page 4: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

4

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

I. Œil humain

1. Physiologie

2. Sensibilité

3. Résolution

4. Synthèse

Page 5: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

5

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Propriétés de l’œil humain

Cellules visuelles : Cônes (x 6 à 7 M):

vision coloréemais seulement par fort éclairement

Batônnets (x100M): vision achromatique

même par faible éclairement

Rétine

Adaptation à l’éclairement :

Contraction / dilatation de l’iris Modification du diamètre de la

pupille

Physiologie

Page 6: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

6

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

L (

)

1. Propriétés de l’œil humain

Vision de jour (grâce aux cônes) : courbe photopiqueMax à = 0.56µm (vert - jaune)

Vision de nuit (grâce aux bâtonnets) : courbe scotopiqueMax à = 0.51µm (bleu - vert)

Sensibilité

Page 7: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

7

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Propriétés de l’œil humain

Résolution Pouvoir de résolution moyen: env.1min d’arc

Vision exprimée en 10ième: 1/résolution:10/ 10ième 1’ d’arc14/ 10ième 0.7’ d’arc

Champ de visibilité à bonne résolution < 2° (120min d’arc)

Test d’acuité visuelle

Page 8: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

8

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

II. Prise et restitution d’image

1. Chaîne image

2. Origine du standard vidéo

3. Divers standards vidéo et TVHD

4. Histoire de la prise d’image

5. Concept capteurs

Page 9: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

9

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Chaîne image

OptiqueCollectrice de flux

DétecteurAbsorbe les photons et génère des électrons puis les convertit en

tension Unités de traitement et de mise en forme de l’image Système de visualisation

Détecteur Unités de Traitement

Système optiqueScène

MoniteurMoniteurSéparation

etExtraction Synchro

Vidéocomposite

Vidéo

Synchro

Page 10: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

10

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

53

4

Format image = 4/3

FORMAT IMAGE Vision binoculaire Choix d’un format rectangulaire horizontal

Limitation technologique des premiers imageurs (tubes circulaires VIDICON) et compatibilité avec le standard cinéma (carré à l’origine)

• L'académie américaine du cinéma (Academy of Motion Picture Arts and Sciences) définit en 1929 un nouveau standard, plus esthétique qu'un format carré, : le format 1,375:1 géométriquement exact, 4 sur 3 retenu dans la projection, appelé format « Academy ». (Resté en vigueur jusqu'aujourd'hui!)

Page 11: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

11

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

Vision confortable si la distance d’observation D :D = 4x Hauteur de l’image observée dimension angulaire totale de l’image (arctg(1/4)= 14° (840 ’ d ’arc)

IMAGE TV

H

D = 4 H

Angle de vision à bonne résolution < 2° (120 ’ d ’arc)

Résolution angulaire 1’ d’arc (1/60°)

Oeil

rétinefovéa

Caractéristique typique de la vision

Page 12: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

12

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

NOMBRE DE LIGNES RETENU : Dans toute portion de champ visuel de 2° :

Résolution angulaire de l’œil = 1’ d’arc

Résolution de l’œil = 1/800 de la hauteur d’image Pour ne pas voir la structure lignée de l’image :

choix d’un nombre de lignes voisin de 800 1ères TV en France à 819 lignes standard

SECAM

Par expérience : 500 lignes suffisent (structure des lignes visible mais non gênante)

Compteur par tubes triode 625 lignes standard PAL

Page 13: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

13

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

FREQUENCE DE RAFRAICHISSEMENT(Image rafraîchie périodiquement)

Tubes à rayons cathodiques (TRC)Choix de fréquence de rafraîchissement égale à la fréquence du

secteur, multiple ou sous-multipleChoix en Europe : 50 ou 25 images/seconde

Phénomène de papillotement :Pour un niveau lumineux de l’écran donné, existence d’une

fréquence critique de rafraîchissement en deçà de laquelle l’œil perçoit un papillotement

Page 14: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

14

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

Phénomène de papillotement (suite)

20

30

40

50

60

70

Hz

0,1 1 10 100 1000 Cd/m²

Luminance de l’image(Cd/m2)

Courbes valables pour un champ de vue étroit, et une rémanence d’écran du type TV couleur à TRC

Le papillotement est visible

Le papillotement n ’est pas visible

Fréq

uenc

e cr

itiqu

e d’

appa

ritio

n du

pa

pillo

tem

ent (

Hz)

Vision confortable pour une luminance 100 Cd/m2Fréquence de rafraîchissement minimale = 50Hz

Page 15: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

15

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

BANDE PASSANTE Restriction de la bande passante allouée par le

CCIR* pour la transmission TV à 6MHz contre les env. 12MHz nécessaires

(Nb lignes x Nb colonnes x fréquence trame)

Conséquence :Fréquence image de 50Hz trop rapide pour la techno et la BP

Invention du balayage entrelacé permettant de diviser par deux la bande passante vidéo

*Comité Consultatif International des Radio-télécommunications aujourd’hui nommé UIT-R (Unité Internationale des Télécommunication)

Page 16: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

16

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

ENTRELACEMENT de deux trames

Trame paire(Odd field)Trame impaire(Even field)

Fin trame paire

Début trame paire

Image (Frame)

Début trame impaire

Fin trame impaireFin trame paire

Début trame paire

Page 17: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

17

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Origine du standard vidéo

ENTRELACEMENT Avantages :

Bien adapté aux TRC, grâce à la rémanence du tubeEffacement progressif (ligne par ligne) de chaque trame avant l’arrivée de la trame suivante

Répond aux contraintes de limitations technologique et de bande passante limitée

Inconvénients : Rémanence de scène à

défilement rapide Distorsions des incrustation de

caractères alphanumériques

Exemple de l'effet de peigne sur un travelling latéral. L'image du bas, progressive, n'a pas ce défaut

Page 18: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

18

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Standards vidéo

• Standard Européen pour la télédiffusion (Entrelacement d’ordre 2 à 50Hz

Nb lignes / image Nb lignes utiles Durée totale ligne Durée utile ligne

6757298759451023

624674809874946

49,3845,7238,0935,2732,58

42,3838,7231,0928,2725,58

Nb lignes / image Lignes/cols utiles Durée totale ligne Durée utile ligne625 575/768 64 µs 52 µs

• Standard industriel américains haute résolution (Norme EIA : RS 343A) : Entrelacement d’ordre 2 à 60Hz

Standard défini pour applications médicales et avioniques (observateurs plus proche de l’écran)

Page 19: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

19

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Standards vidéo

Télévision haute définition Désir d'accroitre les dimensions de l'image sans modifier la distance

d'observation (gain > 22%) Les travaux commencent en 1968 au Japon Consensus international sur le doublement de la résolution (625 lignes -> 1080

et un format de 16/9 en 1980 Longue attente:

Développement nécessaire des techniques et équipements de production Etablissement de la crédibilité du téléviseur HD Incompatibilité avec le parc existant ....

Le déblocage: Révolution dans la micro-électronique (grandes matrices de photo-

détecteurs, écrans TFT, ...) Révolution dans les algorithmes de traitement d'image ....

Page 20: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

20

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Standards vidéoProgressive vs Interlaced scan?

Les normes vidéo modernes de la télévision numérique ont abandonné l'entrelacement au profit de techniques d'affichage par défilement progressifLa numérisation de l'image et sa transmission ont été rendues possibles grâce aux progrès de la compression. La compression doit rendre le flux compatible avec le débit de la transmission, sans détériorer l'image de manière visibleLa TNT reposait initialement sur l'emploi de la norme MPEG2. Cette norme ne permet pas d'utiliser la haute définition avec la bande passante de la TNT. L'avènement de chaînes en MPEG4 permet depuis fin 2008 de profiter de la haute définition sur la TNT

LES DIFFÉRENTES RÉSOLUTIONS DE L'IMAGE TÉLÉVISÉE- Code Qualité Résolution pixels/image- 480i SDTV 720x483 236.544 Entrelacé- 480p EDTV 720x483 337.920 Progressif- 720p HDTV 1280x720 921.600 Progressif- 1080i HDTV 1920x1080 2.073.600 Entrelacé- 1080p HDTV 1920x1080 2.073.600 Progressif

Page 21: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

21

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Standards vidéoHD ready, HD TV, True HD, Full HD,   HD Ready 1080p, HD TV 1080p, …….

HD ReadLe label HD Ready, le plus ancien (19 Janvier 2005), disparaît progressivement. Depuis décembre 2008 les TV doivent obligatoirement intégrer un tuner TNT HD (MPEG4), ce que le label initiale HD Ready n'obligeait pas. Une TV LCD (ou plasma) est labellisée HD Ready quand elle est :- 16:9 : Un format visuel en 16:9- HDMI : Présence d'une entrée numérique HDMI (High Definition

Multimedia Interface) ou DVI (entrée HD) - HDCP : Entrée(s) numérique(s) compatible(s) HDCP (protection des

données contre la copie des films Blu-Ray : High Bandwidth Digital Content Protection)- YUV : Présence d'une entrée analogique YUV (CCIR 601), modèle de représentation de la couleur dédié à la vidéo analogique. - 720 lignes :Résolution d'au moins 720 lignes (format HD), soit couramment

1280x720 ou 1366x768- 720p/1080i:Accepter des flux vidéo en 720p (progressives) et 1080i

(entrelacées) en 50/60 Hz.

Page 22: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

22

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Standards vidéo  HD TV 1080p

Défini depuis Septembre 2007 avec le label HD Ready 1080p, une TV LCD (ou plasma) est nommée HD TV 1080p quand elle est :- - HD Ready : toutes les contraintes du label HD Ready

Avec en plus :- 1080 lignes : Résolution d'au moins 1080 lignes, soit couramment du

1920x1080- 1080p : Accepte des flux HD 1080 lignes entrelacés et progressifs en 50/60 Hz- 24 Hz : Accepte des flux HD 1080 lignes progressifs en 24 Hz- Tuner HD : Présence d'un tuner HD compatible MPEG4, pour recevoir les flux vidéo HD (720p ou 1080i)

• Depuis fin 2008 nous pouvons recevoir des chaînes TNT HD gratuites en MPEG4.

• Le format théorique généralisé en France et en Europe est le 1080i (mais ce n'est pas une obligation, cela pourra être également en 720p).

Page 23: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

23

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

IV. Prise d’image

1. Photographie de l’histoire de la technologie2. Concept physique de la détection3. Flash sur le tube de prise de vue (VIDICON)

Correspond à la caméra de télévision traditionnelle à tube

4. Concept cellulaire du capteur d’image à l’état solide

Page 24: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

24

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Domination des tubes

1969

Brevet CCDPhilips et Bell Labs

10x10

1974

Fairchild 100x100

1976

Thomson-CSFGeneral Electric (CID)

FairchildRCA

256x256Sony

576x500

1991

Thomson-CSF 576x768

2001

Foveon (CMOS)4096x4096

>= 2008

CMOSMega pixels

High perf

MICRONSONY

FAIRCHILDetc...

1985

1. Histoire de la prise d’image

CMOS

Qualité des CCD > celle des tubesIconoscopeImage-orthiconVidiconPlumbicons

Domination de l'état solide

Page 25: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

25

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Concept physique de la détectionEffet photo-électrique : génération d’électrons, lorsqu’un matériau est

exposé à un flux lumineux d ’énergie suffisante

hc/ > Ec-Ev

Ec

Ev

Bande de conduction(électrons libres)

Bande de valence(électrons liés)

Photon (hc/)

e-

Atome

GapEc

Ev

Bande de conduction(électrons libres)

Bande de valence(électrons liés)

Photon (hc/)

e-

Atome

GapEc

Ev

Bande de conduction(électrons libres)

Bande de valence(électrons liés)

Photon (hc/)

e-

Atome

GapEc

Ev

Bande de conduction(électrons libres)

Bande de valence(électrons liés)

Photon (hc/)

e-

Atome

Ec

Ev

Bande de conduction(électrons libres)

Bande de valence(électrons liés)

Photon (hc/)

e-

Atome

Gap

Page 26: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

26

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Concept physique de la détection

Effet photo-électrique (suite) L'absorption d'un photon permet à un électron de franchir le gap

entre bande de valence et bande de conduction Transition possible si l’énergie du photon est supérieure au gap :

hc/ > Ec-Ev

Ec : niveau d ’énergie minimum de la bande de conduction Ecv : niveau d ’énergie maximum de la bande de valence h : constante de planck c : vitesse de la lumière : longueur d’onde de la lumière incidente

Pour le Silicium Ec-Ev = 1.12eV Coupure haute : c<1.1µm

Page 27: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

27

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Flash sur le tube de prise de vue

VIDICON (1950)

• Les tubes de prises de vues:Technologies obsolètes

Ampoule de verre servant d'enceinte à vide, contenant: • Une cible constituée par couche photo conductrice

(trisulfure d'antimoine ou silicium déposée au dos d'une face de verre ou de quartz) dont la conductivité augment avec l’exposition lumineuse

• Un faisceau d'électron utilisé pour lire l'image électrique formée sur la couche photoconductrice

Page 28: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

28

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

4. Concept cellulaire du capteur Photodiode Photogate

Photons

Si = substrat (Semi-conducteur)

SiO2 (isolant)

Poly-Si = électrode transparente

+ + + + + +

Application d’un potentiel sur l’électrode semi-transparent

Création d’un puits de potentiel

Traversée de l’électrode par les photons et génération de paires électrons-trous dans le substrat (effet photo-électrique)

Electrons piégés dans le puits de potentielCCD transfert de trame

Actives Pixels Sensor

+ -n+

Si - p

zone de charge d'espace

photons

poly-Si

Jonction polarisée en inverse• Une zone de charge d'espace se

développe autour de la jonction• Un champ électrique réalise la

séparation des porteurs Si la couche N suffisamment fine en surface, les photodiodes ont une meilleures sensibilité dans le bleu que les photoMos et conviennent mieux aux applications couleur

CCD interlignes Actives Pixels Sensor

Page 29: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

29

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. Intégration (ex: photogate)

E

Page 30: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

30

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

4. Concept cellulaire du capteur

Capteur d’image :Matrice constituée de plusieurs centaines de milliers de récepteurs photo-sensibles (photodiode ou photogate), appelés pixels (Picture Element)

Les sorties électrique des récepteurs sont multiplexées pour former un signal vidéo

CCD

La résolution de l'image est liée au nombre de photosites:

de 350 000 pour une résolution VGA de 640x480

à 3.3 megapixels pour 2048x1536 , voire plus.

Page 31: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

31

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

IV. Fonctionnement des CCD

1. Introduction2. Intégration3. Transfert4. Multiplexage Matriciel5. Architectures6. Étage de Sortie7. Pour aller un peu plus loin8. Mode d’entrelacement9. Artéfacts

Page 32: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

32

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

sCCD = Charge Coupled Device(DTC : Dispositif à Transfert de Charges)

Deux étapes dans la capture d’images: INTEGRATION Absorption des photons incidents pendant une durée donnée, et génération

de paires d’électrons-trousAccumulation des électrons (ou trous) dans un « puits de potentiel » LECTURE Transfert des charges de chaque pixel de proche en proche

CCD

1. Introduction

Page 33: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

33

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Principe du TransfertV

V1 V3

V2

V2 V3

V3

V2

V1

V1

Fermeture du puits de potentiel sous V2

Ouverture du puits de potentiel sous V3

Amorce du transfert des charges électriques

Transfert de charges terminé

Page 34: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

34

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

HORLOGES

E S

E

S1 S2 Sn

HORLOGE

E1 E2 En

HORLOGE

S

Registres à décalage Ligne à retard

Démultiplexeur

Multiplexeur(Registres à décalage de lecture CCD)

3. Transfert

t

Page 35: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

35

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

sN registres verticaux et 1 registre horizontal = matrice CCD

A chaque cycle d’horloge verticale (Fv): Transfert de l’ensemble des charges d’une ligne vers la

ligne suivante Transfert des charges de la dernière ligne de la matrice

vers le REGISTRE HORIZONTAL

Matrice CCD

Chargement dernière ligne dans Registre horizontal

EVUAM

ENUAJ

EGUOR

EVUAM

ENUAJ

EGUOR

4. Multiplexage matriciel

Acquisition image Lecture

Page 36: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

36

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

sRegistre horizontal

M

ENUAJ

EGUOR

A

Etage de sortie

A chaque cycle d’horloge horizontale(Fh Fv x Nb lignes) : Transfert des charges dans le registre horizontal À la sortie du registre, transfert des charges vers

l’ETAGE DE SORTIE puis conversion du nombre d’électrons en tension électrique

4. Multiplexage matriciel

Sortie dernière ligne par Registre horizontal

VUAM

ENUAJ

EGUOR

E

Page 37: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

37

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

5. ArchitecturesDeux zones distinctes: La ZONE SENSIBLE

Lieu de conversion photon-électrons et d’intégration temporelle des charges

La ZONE MEMOIRE / de TRANFERTLieu de transfert et stockage des charges en vue de leur

« lecture » par l’étage de sortie

Choix d’architecture de CCD tributaire de l’application :

Photo Vidéo

Mode entrelacé ou non Avec ou sans contrôle de la

durée d’intégration Rapidité de lecture Résolution

Page 38: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

38

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

5. Architectures

3 grandes architectures : CCD Pleine trame

(Full Frame CCD)

CCD Transfert de trame(Frame Transfer CCD)

CCD Transfert interligne(Interline Transfer CCD)

Page 39: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

39

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Architectures

CCD Pleine trame: Pas de zone mémoire (Full Frame CCD: FF)

INTEGRATION

Lecture via cellules photosensibles

1/ Transfert d’une ligne complète vers le registre horizontal (RH)

2/ Décalage dans le RH vers l’étage de sortie

Zone

photo

-sens

ible

Registre de sortie

Page 40: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

40

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. ArchitecturesCCD Pleine trame (suite)

Zone sensible zone de transfert Utilisable uniquement en mode « PHOTO » (une

seule acquisition)

Avantages : Grande taille de surface sensible Temps d’intégration élevé mais modulable

Sensibilité et dynamique élevées

Inconvénients : Temps d’intégration nécessairement long ou

utilisation d’un obturateur mécanique Cadence vidéo impossible

Page 41: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

41

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Architectures

CCD Transfert de trame: Zone mémoire avant lecture

(Frame Transfer CCD: FT)

INTEGRATION

Zone

sen

sibl

eZo

ne m

émoi

reINTEGRATION puis transfert rapide en zone mémoire

1/ Transfert rapide de la zone sensible vers la

zone mémoire aveugle

2/ Intégration suivante + lecture de la zone

mémoire

RH

Page 42: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

42

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Architectures

CCD Transfert interligne: Zone mémoire associé à chaque pixel(Interline Transfer CCD: IT)

INTEGRATION

INTEGRATION puis LECTURE rapide

1/ Transfert rapide de la zone sensible vers

la zone mémoire

2/ Intégration suivante + lecture

de la zone mémoire

Zone sensible

Zone mémoire

Page 43: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

43

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. ArchitecturesCCD à Transfert (de trame, interligne ou transfert interligne de trame)

Zone sensible et zone mémoire aveugle séparées Intégration et lecture simultanés POSSIBLE Utilisable en mode vidéo

Avantages : Obturation mécanique NON nécessaire Cadence élevée possible

Inconvénients : CCD à transfert de trame : doublement de la taille du capteur

à définition égale CCD à transfert interligne : perte en surface de zone sensible

Page 44: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

44

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

5. Architectures

Front Side Illuminated Back Side Illuminated

Éclairage Face Arrière (= Backside Illuminated)

Exemple : Fairchild CCD486

Page 45: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

45

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

6. Étage de sortie

1- Fermeture de Q1 (Reset) : Précharge de la diode flottante CL Vref

2- Ouverture de Q1 :Potentiel de la diode flottante diminue et « flotte »

3- Fermeture de la porte de transfert « fG »: Transfert des charges vers la diode flottante  « CL »: Potentiel de la diode diminue d’une quantité V équivalente à la charge Q

4- Lecture de ce potentiel par un ampli de tension suiveur

Vref

CL

Page 46: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

46

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

L2

R

Vout

Reset Diode Flottante

Signal Utile:(2eme Ech - 1er Ech)

1er Ech

2eme Ech

Durée d’un pixel

6. Étage de sortieDouble échantillonnage corrélé:

suppression du bruit associé à l’initialisation de la diode flottante

Page 47: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

47

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

7. Pour aller un peu plus loin

Colonnes masquées pour la générationd’une référence par ligne

Page 48: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

48

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Architecture (TEXAS, E2V)• Transfert de trame• Interligne-transfert de trame• Multiplication par avalanche en sortie (G1.02/étage)• 400 (G~2800) à 700 (G~106) étages de multiplication

7. Pour aller un peu plus loin : EMCCD

Page 49: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

49

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

7. Pour aller un peu plus loin : Comparaison de technologies

Selon ANDOR !

L’optimum dépend du bruit du capteur CCD/CMOSLes progrés des capteurs permettent de le diminuer

Page 50: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

50

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

8. Modes d’entrelacement

Deux modes de lecture:

Mode progressif: Lignes de pixels lues séquentiellement Développé pour des applications scientifiques,

indépendantes des standards vidéo

Mode entrelacé Lecture alternée des lignes paires et impaires Compatibilité standards TV

Page 51: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

51

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

8. Modes d’entrelacement

CCD destinés à la vidéo / TV 2 contraintes :

Entrelacement de 2 trames pour former une image Fonctionnement à 50 Hz (ou 60Hz) : 1 image complète

toutes les 2x20ms (resp.17ms)

2 modes d’entrelacement possibles : Mode entrelacé Mode pseudo-entrelacé

Page 52: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

52

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Mode Entrelacé Trame A : lignes paires Trame B : lignes impaires

Trame A Trame B

L1

L3

L5

L2

L4

8. Modes d’entrelacement

Peu de CCD permettent ce type de fonctionnement

Page 53: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

53

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Mode Pseudo-entrelacé

Trame A : somme de 2 lignes adjacentes, départ sur L1 :(L1 + L2), (L3+L4),…

Trame B : somme de 2 lignes adjacentes, départ sur L2 : (L2 + L3), (L4+L5),…

Trame A

L1

L3

L5

L2

L4

L1 + L2

L3 + L4

Trame BL1

L3

L5

L2

L4

L2 + L3

L4 + L5

8. Modes d’entrelacement

Perte de résolution verticale

Page 54: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

54

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Artéfacts dans l’image : Pollution pixel à pixel (Cross-talk) Eblouissement (Blooming) Pollution de transfert (Smearing) Mauvaise efficacité de transfert

9. Artéfacts dans l’image CCD

Page 55: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

55

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

sPollution pixel à pixel (Cross-talk) Diffusion des charges, créées

en profondeur, vers les pixels voisins

perte de netteté Profondeur de pénétration des

photons dépendante de la longueur d’onde : Pénétration des photons

« bleus » sur quelques nanomètres

Pénétration des photons « rouges » sur quelques micromètres

f2 f1f2

e-

f2f1

e-

Pixel A

Photons

Pas de crosstalk Crosstalk

Pixel B

400 600 800 1000 12000.1

10

100

1 .103

1 .104 Profondeur d'absorption

Longueur d'onde (nm)

Dis

tanc

e de

la s

urfa

ce (µ

m)

Pro

fond

eur d

’abs

orpt

ion

(nm

)

9. Artéfacts dans l’image CCD

Page 56: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

56

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Eblouissement (Blooming) Débordement d’un pixel sur ces

voisins lorsque l’éclairement est supérieur à l’éclairement de saturation

Débordement généralement préférentiel dans le sens des colonnes

L’étendue de la zone parasite augmente avec le sur-éclairement

9. Artéfacts dans l’image CCD

Page 57: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

57

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

sDrain anti-éblouissement (Lateral Overflow Drain ou Anti-blooming)Système d’évacuation des charges en excès

Drain latéral Placé verticalement le long des registres verticaux Avantage :

Très efficace (pas d’éblouissement jusqu’à Q = 1000 x Qsat) Inconvénient :

Perte en zone sensible Perte en résolution

9. Artéfacts dans l’image CCD

Drain enterré (le plus utilisé !)Couche enterrée disposée sous les photosites

Avantage : dimension de la zone sensible conservéeInconvénient : modification de la courbe de sensibilité spectrale du CCD (perte de sensibilité dans le PIR)( Mais solution adaptée à la couleur : La sensibilité dans le PIR fausse les couleurs)

Page 58: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

58

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Pollution de transfert (Smearing) Pollution lors du transfert des

charges issues d’un pixel plus fortement éclairé que ses voisins

Origines : Intégration pendant la lecture Dans les CCD pleine trame ou CCD à transfert de trame Pollution liée à l’illumination des pixels pendant le transfert

vertical Solutions :

Utilisation d’un obturateur mécanique Choix d’un temps d’intégration >> temps de transfert Utilisation de CCD à transfert interligne

9. Artéfacts dans l’image CCD

Page 59: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

59

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

IV. Fonctionnement des CMOS (APS)

1. Architecture2. Les micro-lentilles

Page 60: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

60

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Architecture

Objectif des CMOS APS

Petit volume Consommation réduite (Senseur + électronique de gestion) Système d’imagerie fortement intégré

ADC Compatibilité TTL Nouvelles fonctions de gestion du plan focal

fenêtrage adressage aléatoire obturateur électronique

Suppression d ’artéfacts: Smear, blooming Nouvelles capacités de détection

Réponse logarithmique, Imagerie rapide (1000Hz), …...

Page 61: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

61

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Architecture

CMOS ( Complementary Metal-Oxide

Semiconductor )

CMOS ou APS (Active Pixel Sensor)

Au sein de chaque pixel : Zone sensible Conversion charge /

tension Amplificateur suiveur Fonctions complexes

Intégrables au composant :

Zone sensibleZone de traitement

Page 62: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

62

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. ArchitectureDeux architectures concurrentes

Efficacité quantique: PG < 50% PDConversion V/e-: PG >> PDRéduction de bruit (CDS): PG possible, PD non

APS Photodiode • Design économique• Application consumer

APS Photogate:• Charges localisées sous grille

semi-transparente en polysilicium• Fonctionnement faible bruit

pour bas niveau d ’éclairement

Page 63: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

63

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Rolling Shutter

[Image tossthecam (cameratoss.blogspot.com)]

Page 64: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

64

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Global Reset

Page 65: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

65

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Architecture : CMOS avec pixel 3-T

– Intégration signal– Conversion charge/tension– Bruit important :kTC– FF faible pour les petits pixels

• Couches de métaux• µ-lentilles

Page 66: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

66

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Architecture : pixel 4-T : « pinned photodiodes »

Charges stockées en volume Permet de faire du CDS :

Diminution forte du bruit kTC : 3e- Réduction du FPN

p+

n+ n+

TX

Page 67: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

67

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

pixel 4T + antiblooming = pixel 5T

Page 68: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

68

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

sMicro-lentilles: Augmentation du taux de remplissagePermet la récupération de la surface optique de l’électronique associée

2. Les Micro-lentilles

Page 69: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

69

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Synthèse : Capteurs d’image

Page 70: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

70

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

IV. Comparaison des technologies CCD et CMOS (APS)

1. Complexité électronique de gestion / miniaturisation / consommation

2. Surfaces sensibles / artéfacts image3. Pixels défectueux / bruits4. Synthèse comparative

Page 71: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

71

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Comparaison CCD - CMOS

Page 72: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

72

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Comparaison CCD - CMOS

Page 73: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

73

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Architecture Camera CMOS

Page 74: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

74

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Comparaison des technologies CMOS et CCD

Complexité de l’électronique

CCD: Electronique de pilotage du CCD + complexe (horloges multiples,…) Adressage séquentiel des pixels Lecture obligatoire de toute la matrice Complexité de lecture (horloges) Cadence de lecture limitée par l’inefficacité de transfert de charges

entre cellules

CMOS : Grande capacités d’intégration de composants sur pixels Possibilité d’adressage aléatoire et direct des pixels Possibilité de fenêtrage sur zone d’intérêt Temps de lecture courts: possibilité de cadence horloge élevée

Page 75: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

75

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Comparaison des technologies CMOS et CCD

Consommation CMOS : Faible consommation globale (+ électronique)

Avantage pour appareils portable à petite réserve d’énergie (batteries) CCD : plus grande consommation globale

(Pilotage de grandes capacités avec contrôle précis des temps de transition)

Miniaturisation caméra CMOS:

Intégration de fonctions multiples sur chaque pixel Intégration possible dans un seul boîtier de l’ensemble des

fonctions d’une caméra

Page 76: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

76

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Comparaison des technologies CMOS et CCD

Artéfacts sur l’image CCD : Risque de débordement d’un pixel sur ses voisins

(smearing, blooming,… )

CMOS : Meilleure résistance à l’éblouissement Pas de smearing (obturateur électronique)

Page 77: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

77

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Comparaison des technologies CMOS et CCDImpact des pixels défectueux

CCD : 1 pixel mort une colonne de l’image morte CMOS : 1 pixel mort un point de l’image mort

Bruits Faible courant d’obscurité dans les CCD

Bruit spatial élevé dans les CMOS :(un convertisseur par pixel) FPN (Fixed Pattern Noise) : dispersion de niveau en obscurité PRNU (Photo-Response-Non-Uniformity) : dispersion de réponse

Page 78: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

78

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Synthèse de Performances

Œil Humain Film CCD CMOS APS Réponse Spectrale 400-700

pic à 555 nm 300 - 700 400-00

400-00

QE (pic) (hors FF)

20% < 10% 50% (90% backside)

50% (diode) (90% backside)

dynamique 1e2 lin 1e6 log

10 …. 100 (non linéaire)

1e4 lin 6e3 lin 1e8 log

Sensibilité limite 0.001 Lux 0 (virtuel) 0.1 < 0.0001 poss.

1 <0.001 poss.

Bruit (photons) 10 100 10 (typ) <1 (best)

100 (typ) 3 (best)

Qualité cosmetique Excellente Très bonne Moyenne (FPN)

Fréquence Trame 15 prise de vue unique

30 typ (format TV)

>> 100

Couleur idéale faible (impression RGB)

faible (RGB)

faible (RGB)

Traitement plan focal Très élevé aucun Très limité Elevé Nb Pixels 120 M cones et

batonnets 1e6 (typ) 10 – 0.01 g/µm²

800 k typ 90 M (record)

800 k typ à >16 M

Temps de développement

500 M années 20 ans 3 ans 1 an

Page 79: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

79

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

sV. La couleur 1. Filtres de type Bayer2. Concept Foveon3. Caméras tri-capteurs

Page 80: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

80

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

1. Filtage de BAYER: séparation des couleurs

• Poids double du vert: sensibilité maximale de l’œil

• Résolution spatiale déterminée par la composante de luminance et non par la chrominance

Filtrage optique sur chaque pixel:

Page 81: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

81

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

High sensitivity BW with Color information

Pixels blancs (pour amélioration de la sensibilité)-bleu-vert-rouge

Ou vert-vert-bleu-rouge

ISSCC’08

Page 82: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

82

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Artéfacts

Inconvénients du filtre de Bayer:1. Perte de FTM2. Perte de sensibilité3. Dématriçage (calcul couleurs manquantes)4. Aliasing coloré5. …..

Page 83: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

83

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

2. FOVEON: séparation des couleursFiltrage par sélection de profondeur d’absorption(FOVEON X3)

Avantages;• Réduction de la taille des cellules• Amélioration de la résolution• Technologie « bas coût » (absence de filtres optiques colorés)• Plus de calculs d’interpolation de couleurs (gain de rapidité)

4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 00 .1

1 0

1 0 0

1 .1 03

1 .1 04 Profondeur d 'absorp tion

Lo n g u eu r d 'o n d e (n m)

Dis

tan

ce d

e la

su

rfac

e (µ

m)

Pro

fond

eur d

’abs

orpt

ion

(nm

)

4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 00 .1

1 0

1 0 0

1 .1 03

1 .1 04 Profondeur d 'absorp tion

Lo n g u eu r d 'o n d e (n m)

Dis

tan

ce d

e la

su

rfac

e (µ

m)

Pro

fond

eur d

’abs

orpt

ion

(nm

)

Page 84: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

84

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Tri-capteur: séparation des couleursUtilisation de trois capteurs dédiés

Page 85: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

85

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

3. Solution Tri-CapteurCe système est constitué de 3 capteurs CCD ou CMOS pour chacune des couleurs primaires RVB : rouge vert bleu.

Ce type de caméra est considéré comme la "rolls" des caméras couleurs et se retrouve surtout dans le monde professionnel de la production vidéo.

Le fait de séparer à l’aide d’un système de prismes et de filtres les trois composantes permet une amélioration de la qualité de l’image et supprime les interférences.

Les rayons pénétrant dans les prismes séparateurs traversent le premier prisme et sont filtrés à sa sortie par le miroir dichroïque bleu. Celui-ci va réfléchir seulement les rayons bleus et laisser passer les autres. Les rayons bleus vont alors être réfléchis par un miroir semi-transparent vers le capteur CCD bleu. Il en va de même dans le deuxième prisme pour les rayons rouges. Ne restent plus que les rayons verts qui traversent les trois prismes sans être perturbés.

Comparaison d’un filtrage de Bayer(b) et d’une caméra triccd(a)

Page 86: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

86

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

VI. Introduction aux Intensificateurs de Lumière (I.L.)

1. Propriétés de la vision de nuit2. Architectures des I.L.3. Caractéristiques des I.L.4. Association avec un CCD / CMOS

Page 87: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

87

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Propriétés de la vision de nuit

Propriétés de l’œil Accommodation de l’œil

De 130 000 Lux (journée d’été ensoleillée) À 1 lux (pleine lune)

Niveaux minimum requis Pour ce déplacer : 1 - 5Lux Pour lire ou écrire : 150Lux Pour un travail de bureau : 200Lux Pour des tâches difficiles : 800Lux

Þ Utilisation d’un système de vision de nuit de sensibilité typique max = 1 à quelques Lux

min = 0.001 à 0.0001Lux

Page 88: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

88

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Niveaux d’éclairement

Niveaux d’éclairement au sol typiques :Rappel : le « lux » est une unité de mesure de l’éclairement

pondéré par la courbe de sensibilité de l’œil.Utilisable seulement pour la bande du VISIBLE

Eclairements (LUX)

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

Sol

eil a

uzé

nith

(cie

l cla

ir)

Cie

l cou

vert

Aub

e

Aub

e

Ple

ine

lune

(cie

l cla

ir)

Lune

couv

erte

Lune

couv

erte

San

s lu

ne(c

iel c

lair)

San

s lu

ne(c

iel

couv

ert)

Conditions atmosphérique

Ecl

aire

men

ts (L

UX

)

Page 89: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

89

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Architecture des I.L.

Structure générale I.L de 1ère génération

Un objectif : collecte le flux sur la photocathode Un intensificateur d’image :

Une surface photo-sensible (Photocathode) : transforme les photons en électrons

Un tube intensificateur : accroît l’énergie ou multiplie les électrons Un écran de visualisation : transforme les électrons en photons

Un oculaire : adapte l’image à la vision par l’oeil

ObjectifScène de nuit

Photocathode + 10 à 15 kVTube Intensificateur

Ecran phosphorescent

Oculaire

Faisceau d’électrons

Photons

Page 90: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

90

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Caractéristiques des I.L. Réponse spectrale des Photocathodes

Page 91: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

91

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Caractéristiques des I.L.Ecran, réponse des phosphores

Page 92: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

92

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Architecture des I.L.

I.L de 1ère génération (suite) Possibilité de réaliser une cascade de plusieurs tubes Possibilité d’introduire des réseaux de fibres en entrée et

en sortie amélioration du rendement de couplage

Fibres optiques

Page 93: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

93

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Architecture des I.L.

I.L de 2ème générationIntroduction d’une galette de micro-canaux

(MCP : Micro Channel Plate)

Placée entre la photocathode et l’écran

Constituée de tubes minces (< 10µm de diamètre)

Réalisée dans un verre à forte émission secondaire

Multiplication en cascade des électrons

Galette de micro-canaux

Page 94: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

94

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Architecture des I.L.

I.L de 2ème génération (suite) MCP :

Gain en électron >> 106 entre l’entrée et la sortie du MCP Tension d’alimentation élevée, mais faible consommation Possibilité de contrôler le gain en fonction du niveau

d’éclairement (en jouant sur la tension MCP) Diminution de l’encombrement de l’intensificateur

Grandissement >1 Grandissement =1

Page 95: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

95

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Architecture des I.L.

I.L de 3ème générationUtilisation d’une photocathode en AsGa

beaucoup plus sensible

I.L. de 4ème génération Utilisation de photocathode à transfert d’électrons ?,

sensibles dans le domaine Infra-rouge : 1 à 1.7µm Sortie numérique?

Page 96: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

96

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Numérisation: Association avec un CCD

Prise d’image avec un CCD I-CCD :

Association d’un I.L. et d’un CCD

I.L. de 1ère génération+ CCD

I.L. de 2ème génération+ CCD

Page 97: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

97

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Numérisation: Association avec un CCD

Prise d’image avec un CCD ou CMOS EB-CCD / EB-CMOS

(Electron Bombardment –CCD/CMOS)

Photocathode + CCD/CMOS

Forte tension appliquée Pas d’écran : les

charges sont générées dans le silicium par bombardement électronique

Page 98: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

98

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Performances globales du tube

Rapport signal sur bruit (sans dimension) Défini sur un éclairement Eclairement équivalent au bruit Capacité au comptage de photons

Résolution FTM Paire de lignes par mm (lp/mm) avec atténuation d’amplitude

Sensibilité de la photocathode µA / lm ou mA / W Efficacité quantique vs longueur d’onde

Qualité image Gain Luminance écran Durée de vie

MTTF (Mean Time To Failure) en heures

Page 99: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

99

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Caractéristiques des I.L.

PHOTONIS Technical specifications XD-4 technology image intensifiers

Resolution Minimal Typical Maximal UNIT Limiting resolution

Type I 55 58 lp/mm Type II 60 64 lp/mm

Modulation Transfer Function: 2.5 lp/mm 92 % 7.5 lp/mm 80 % 15 lp/mm 58 % 25 lp/mm 38 % 30 lp/mm 30 %

Signal to noise (@108µlx) 20 24

Phosphor: P20*

MTTF (to S/N=12) 15.000 hrs Gain at 2.10-5 lx 30.000/? 50.000/? cd/m2/lx

Max. Output Brightness 2 17 cd/m2/lx E.B.I. 0.15 0.25 µlx

Output uniformity at 2850K 2:01 3:01 Weight(18mm) 80 95 grams

Shock 500 g

Luminous sensitivity at 2850K 600 700 µA/lm

Radiant sensitivity at 800nm 50 60 mA/W

Radiant sensitivity at 850nm 40 50 mA/W

Page 100: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

100

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Partage du marché

Page 101: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

101

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Annexe

Page 102: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

102

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Caractéristiques des I.L.

Grandissement :Rapport des dimensions de l’image sur l’écran de sortie et

l’image en entrée de la photocathode

Grandissement de 1

Grandissement 1

Page 103: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

103

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Caractéristiques des I.L.

Distorsion :Ecart de la valeur du grandissement en périphérique (GP)

et au centre de l’écran (Gc)

D = 100 (GP – GC) / GC

Grande essentiellement dans les I.L. de 1ère génération Gain en luminance :

Rapport entre la luminance de l’écran de sortie et de l’éclairement de la photocathode

Exprimé en (Cd/m²)/Lux

GL= LECRAN / EPHOTOCATHODE

Résolution : Exprimée en paire de ligne par millimètre (pl/mm)

Page 104: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

104

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Caractéristiques des I.L. Sources de bruit

Dans les I.L. de 1ère génération :Bruit essentiellement photoniqueRSB = (η.Nphot)1/2 avec : η = rendement quantique

Nphot = Nombre de photons incidents

Dans les I.L. de 2ème et 3ème génération : Bruit photonique Galette de micro-canaux : multiplication du bruit par un facteur

3 constant quelque soit le gain Signal équivalent au bruit

(EBI : Equivalent Background Illumination)Courant d’obscurité de la photocathode exprimé en éclairement équivalent

Page 105: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

105

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Les jeux d’unités

Intensité d'une source CandelaFlux lumineux angulaire (lumen)    1 lumen = 1 candela / stéradianÉclairement (lux) 1 lux = 1 lumen / m²Luminance Candela / m²

Une candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 tera hertz (λ = 555 nm, vert) et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian.Une candela (cd) est l'unité d'intensité lumineuse du Système international. Le lumen (lm) est l'unité de flux lumineux correspondant au flux émis par une source ponctuelle uniforme d'une intensité de 1 candela située au sommet de l'angle solide de 1 stéradian.

Le lux est l’éclairement d'une surface qui reçoit, d'une manière uniformément répartie, un flux lumineux de 1 lumen par mètre carré. C’est de la lumière reçue. Le lux (lx) est l'unité d'éclairement. (1 lux = 1 lumen/m²).

Unités Photoniques Energétiques Visuelles

Quantité de lumière Nombre de photons (Nb Ph) J Lumen seconde

(lm . s) Flux Nb Ph / s W Lumen

Intensité Nb Ph / (s. sr) W / (sr) Candela (Cd) Luminance Nb Ph / (s. sr.m²) W / (sr . m²) Cd / m²

Exitance Nb Ph / (s.m²) W / m² Lm / m² Eclairement Nb Ph / (s.m²) W / m² lux

Page 106: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

106

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Sensibilité de l’oeilLongueur

d'onde Sensibilité relative

380 0,00004

390 0,00012

400 0,0004

410 0,0012

420 0,004

430 0,0116

440 0,023

450 0,038

460 0,06

470 0,091

480 0,139

490 0,208

500 0,323

510 0,503

520 0,71

530 0,862

540 0,954

550 0,995

560 0,995

570 0,952

Longueurd'onde Sensibilité relative

580 0,87

590 0,757

600 0,61

610 0,503

620 0,381

630 0,265

640 0,175

650 0,107

660 0,061

670 0,032

680 0,017

690 0,0082

700 0,0041

710 0,0021

720 0,00105

730 0,00052

740 0,00025

750 0,00012

760 0,00006

770 0,00003

Page 107: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

107

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Sensibilité de l’oeil

Page 108: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

108

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Photométrie

• Energie du photon:

• Loi de Planck: Emittance spectrale

• Nombre moyen de photons reçu d’un corps noir

• Nombre moyen de photo-électronsgénéré

h: constante de Planck, K: constante de Boltzmann, c: vitesse de la lumière, Ti: durée intégration, Ad surface pixel, (): efficacité quantique spectrale, T: température absolue du corps noir

Page 109: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

109

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Mesure avec une lampe incandescente

• Calculer l’efficacité quantique effective• Calculer la longueur d’onde effective• Calculer le coefficient de conversion en Lux• Mesurer l’irradiance avec un photomètre• Calculer l’irradiance effective

Page 110: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

110

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Efficacité quantique effective

Mesure par photomètre de l’irradiance effective:

Distribution spectrale de l’irradiance:

Nombre de photons incidents:

En obscurité Nph=0:

Bruit associé

Evolutions du signal de sortie et du bruit sous éclairement

Détermination du gain de conversion

Efficacité quantique effective

Page 111: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

111

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Longueur d’onde effective

Pour un senseur donné:

Page 112: ESE22 "Formation, Capture et Restitution d’images"

112

ESE2

2: F

orm

atio

n, “

Cap

ture

et r

estit

utio

n d’

imag

es”

(avr

il 20

09)

M

F A

udie

r

Les

info

rmat

ion s

con

t enu

es d

ans

ce d

ocum

ent s

ont l

a pr

o prié

té e

xclu

siv e

du

Gro

upe

T hal

es. E

lles

n e d

oive

nt p

as ê

tre d

ivul

guée

s sa

ns l '

acco

rd é

crit

de T

hale

s

Coefficient de conversion en LUX

Irradiance photométrique (Lux):

avec:et, , la distribution spectrale desensibilité de l’œil

Assumant une distribution spectraleProportionnelle à celle du corps noir:

D’oû le coefficient de conversion