Un capteur de vision CMOS pour la sécurité automobile. Estelle Labonne Gilles Sicard, Marc Renaudin Laboratoire TIMA, Grenoble estelle.labonne@imag.fr

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.

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)

progressive ou instantanée séquentiel ou aléatoire Les capteurs de vision Deux types de capteurs de vision: les capteurs CCD (Charge Coupled Device) les capteurs APS (Active Pixel Sensor) Capteur CCD Capteur APS Capteur à concevoir Technologie CCD CMOS Coût $$$ $ Mode de capture progressive progressive ou instantanée instantanée Accès aux pixels séquentiel séquentiel ou aléatoire aléatoire Vitesse de lecture + + + + Bruit + + Sensibilité Dynamique de fonctionnement ++ + + + +

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.

Caractéristiques des APS (2/3) 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. 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

Caractéristiques des APS (3/3) 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). Acquisition de l’image d’un ventilateur en marche avec: a) une capture d’image progressive (distorsions) b) une capture instantanée

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.

Architecture développée (2/2) Architecture développée pour respecter les spécifications du projet. VOUT Ampli1 Ampli2 Interrupteur GS Mémoire Compresseur logarithmique Photodiode

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.

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.

Merci pour votre attention !