un capteur de vision cmos pour la sécurité automobile

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

[email protected]

Mai 2005

Estelle LABONNE



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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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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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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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