Brevet FR2496371A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne un perfectionnement aux réseaux de formation d'images en couleur et aux dispositifs de forma- tion d'images en couleur destinés à Etre utilisés par exemple dans une caméra vidéo en couleur. Les caméras vidéo en couleur recueillent l'image d'un objet et produisent un signal vidéo comprenant trois signaux de couleur différents, par exemple les signaux de couleur vert, rouge et bleu. A cette fin, l'image recueillie par la caméra vidéo doit être analysée en trois couleurs différentes. Une approche consiste à employer un montage optique de séparation de faisceau qui sépare le faisceau en trois faisceaux distincts, et trois capteurs d1images places sur le trajet des faisceaux de façon à mesurer les couleurs respectives. Toutefois, le montage décrit ci-dessus est associé à un coCt de fabrication élevé en raison des trois capteurs et du montage optique de séparation de faisceau. De plus, le dispositif obtenu est d'une taille volumineuse. Il a ensuite été proposé un système à un seul capteur utilisant un unique capteur d'images du type dispositif à couplage de charges associé à un filtre mosaïque en couleur permettant de coder l'image relativement aux couleurs. Lorsqu'on le compare à un système de formation d'images en noir et blanc, un tel appareil à un seul capteur de détection d'images en couleur présente une résolution médiocre. Pour améliorer la résolution en couleur, de nombreuses approches ont été tentées. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 971 065 décrit un réseau de formation d'images en couleur, présenté sur la figure la des dessins annexés à la description, dans lequel des filtres verts sont placés toutes les deux positions d'éléments suivant les directions horizontale et verticales et des filtres rouges et bleus sont placés suivant des lignes horizontales en alternance entre les filtres verts. Lorsque l'on utilise ce réseau de formation d'images en couleur en combinaison avec un dispositif de traitement de signaux destiné à effectuer une. lecture dite d'entre- lacement, c'est-à-dire une lecture effectuée dans l'ordre des lignes horizontales impaires en partant de celles ayant le numéro de ligne le plus précoce, puis des lignes horizontales paires en partant de celles ayant le numéro de ligne le plus précoce, les rangées impaires de la figure la, qui ne comprennent que des échantillons rouges et verts, sont lues en séquences et affichées sur la trame vidéo impaire après quoi il y a visualitation d'éléments verts et bleus seuls en provenance des rangées paires de la trame paire suivante. Ceci produit un scintillement de teinte jaune-cyan. Bien que l'on puisse éliminer ce scintillement de teinte en utilisant un moyen r tardateur ou mémorisateur qui retarde chacun des signaux rouges et bleus de l'intervalle de temps d'une trame pour compenser le signal de couleur manquant, par exemple pour compenser le signal bleu dans la trame vidéo impaire, le fait d'utiliser une mémoire de trame provoque une augmentation du coût de fabrication. Le réseau de formation d'images en couleur du brevet cité ci-dessus est également décrit dans IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. SC-13, N' 1, FEVRIER 1978, sous le titre "Color Imaging System Using a Single CCD Arma Array". Un autre réseau de formation d'images en couleur du type présenté sur la figure lb des dessins annexés à la description est décrit dans la demande de brevet japonais n0 55-55686 déposée par Tokkaisho le 23 avril 1980. Comme le montre la figure lb, les filtres verts sont disposés comme dans un échiquier, les filtresrouges sont disposés sur des lignes verticales adjacentes en paires qui apparaissent toutes les deux paires de lignes verticales, et les filtres bleus sont disposés aux autres positions d'éléments restantes. Selon ce montage, les filtres rouges, lorsqu'on les considère dans la direction hori- zontale, sont séparés de 4 positions d'éléments d'image, et, par conséquent, la résolution du rouge suivant la direction horizontale est médiocre. On peut dire la même chose à propos des filtres bleus. Ceci produit un domaine de Nyquist étroit dans la direction horizon- tale. Un autre réseau de formation d'images en couleur est présenté sur la figure 2, o les filtres verts, rouges et bleus sont en paires dans la direction verticale, et ces paires de filtres verts, rouges et bleus sont disposées suivant un alignement identique à celui présenté sur la figure la.. En d'autres termes, les deux premières rangées de la figure 2 correspondent à la première rangée de la 33 figure la, et les deux rangées suivantes de la figure 2 correspondent à la deuxième rangée de la figure la. Lorsque l'agencement de la figure 2 est couplé à un dispositif de traitement de signaux produisant une lecture entrelacée, le signal vidéo correspondant au vert, au rouge et au bleu est inclus dans chacune des trames impaires et paires et, par conséquent, cet agencement ne produit pas de scintillement de teinte; Toutefois, le montage de la figure 2 présente l'inconvénient que chaque élément d'image occupe deux fois l'aire qui est nécessaire dans le réseau de formation d'images de la figure la ou lb. Ainsi, par comparaison avec le réseau de formation d'images en couleur des figures la et lb, le réseau de formation d'images en couleur de la figure 2 possède une résolution médiocre, L'invention a été mise au point dans le but d'éliminer sensiblement les inconvénients indiqués ci-dessus et elle a pour principal but de proposer un réseau de formation d'images en couleur qui présente une résolution améliorée en couleur, en particulier dans la direction horizontale. Un autre but de l'invention est de proposer un réseau de formation d'images en couleur du type décrit ci-dessus, qui est d'une structure simple et peut etre facilement fabriqué. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de formation d'images en couleur qui utilise le réseau de formation d'images en couleur perfectionné. Pour réaliser ces buts, le réseau de formation d'images en couleur de l'invention comprend un premier type d'éléments sensible à des lumières appartenant à une première région du spectre, un deuxième type d'éléments sensible à des lumières appartenant à une deuxième région du spectre, et un troisième type d'éléments sensible à des lumières appartenant à une troisième région du spectre. Les trois types d'éléments sont alignés horizontalement et verticalement à l'intérieur d'un tracé prédéterminé tel que le premier type d'éléments occupe toutes les deux positions d'éléments suivant la direction horizontale et la direction verticale, le deuxième type d'éléments occupe des positions d'éléments se trouvant entre les éléments du premier type dans des lignes horizontales adjacentes en paires qui apparaissent toutes les deux paires de lignes horizontales adjacentes, et le troisième type d'éléments occupe les positions d'éléments restantes. Lorsque l'on utilise le réseau de formation d'images en couleur de l'invention dans un dispositif de lecture entrelacée, il est possible d'améliorer la résolution relative aux lumières appar- tenant à la deuxième et à la troisième région spectrale. 249637't De plus, lorsque l'on utilise un circuit retardateur d'une ligne horizontale en association avec le- dispositif à lecture entre- lacée, les signaux correspondant aux deuxième et troisième régions spectrales peuvent Etre compensés de manière simple à l'intérieur de chacune des trames. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - les figures la, lb et 2 sont des schémas montrant partiellement des réseaux de formation d'images en couleur selon la technique antérieure; - la figure 3 est un schéma montrant partiellement un réseau de formation d'images en couleur selon l'invention; - la figure 4 est un graphe montrant le domaine de Nyquist du réseau de formation d'images en couleur de la figure 3; - la figure 5 est un schéma de principe d'un dispositif de formation d'images en couleur selon l'invention - la figure 6 est un schéma de principe détaillé d'un circuit de commutation montré sur la figure 5; - la figure 7 est un diagramme temporel montrant la séquence des signaux en couleur apparaissant aux points les plus importants du schéma de principe de la figure 6; et - les figures 8a, 8b et 8c sont &s schémas analogues à la figure 3, mais présentant des variantes particulières. En relation avec la figure 3, il est présenté une vue partielle simplifiée d'un réseau 2 de formation d'images en couleur constitué d'une unique couche d'un substrat semi-conducteur, par exemple un substrat de silicium. Le réseau 2 de formation d'images en couleur comporte plusieurs éléments détecteurs 4 qui sont alignés suivant deux directions perpendiculaires (par exemple la direction horizontale et la direction verticale) sous forme d'une matrice. Chacun des éléments détecteurs se superpose à un filtre permettant de transmettre sélectivement des faisceaus lumineux ayant une longueur d'ondes particulière. Plus particulièrement, les éléments détecteurs 4 désignés par le caractère de référence "G" se superposent à un filtre laissant sélectivement passer des lumières appartenant à la région verte du spectre (si bien que le filtre sera appelé ci-après un filtre vert), les éléments détecteurs 4 désignés par un caractère de référence "R" se superpoeent à un filtre qui laisse sélectivement passer des lumières appartenant à la région rouge du spectre (ce filtre est appelé ci-après un filtre rouge), et les éléments détecteurs 4 désignés par un caractère de référence "B" se superposent à un filtre laissant sélectivement passer des lumières appartenant à la région bleue du spectre (ce filtre étant appelé ci-après un filtre bleu). L'élément capteur, ou détecteur, 4 superposé au filtre vert est appelé pour cette raison un élément détecteur vert. De mÉme, les éléments détecteurs 4 superposés à des filtres rouge et bleu sont respectivement appelés des éléments détecteurs rouge et bleu. Puisque l'oeil humain a un pouvoir de résolution plus grand pour la couleur verte que pour le rouge ou le bleu, les éléments détecteurs verts G sont disposés avec une densité plus grande que les autres éléments détecteursR et B. Plus particulièrement, les éléments détecteurs verts G occupent une position sur deux dans les deux directions perpendiculaires du réseau, à la manière d'un échiquier, tandis que les éléments détecteurs rouges R occupent des positions d'éléments entre les éléments détecteurs verts se trouvant dans des rangées horizontales adjacentes en paires qui occupent une paire sur deux de lignes horizontales adjacentes, et les éléments détecteurs bleus B occupent les positions d'éléments restantes. En relation avec la figure 4, on peut voir une région résolvable de fréquences spatiales pour les couleurs verte, rouge et bleu. Sur le graphe, fN désigne la limite de Nyquist du réseau de formation d'images dans son ensemble. Comme l'enseigne l'examen de la figure 4, la région utilisable pour le rouge et le bleu s'étend horizontalement aussi loin que la limite de Nyquist, ce qui montre que le pouvoir de résolution pour le rouge et le bleu est aussi bon que pour le vert. En relation avec la figure 5, est présenté un dispositif de formation d'images en couleur de manière simplifiée. Le réseau 2 de formation d'images en couleur est couplé à une horloge 6 et un registre à décalage 10 permettant de transmettre une information d'image en provenance de rangées distinctes (lignes horizontales)du' réseau au registre à décalage 10 en fonction de la lumière reçue. Un circuit de cadencement 8 commandé par l'horloge 6 est connecté 249637t au registre à décalage 10 pour amener ce dernier à effectuer une lecture entrelacée. Plus particulièrement, au moyen du circuit de cadencement 8, le registre à décalage 10 produit une information d'image alignée en série dans l'ordre des lignes impaires et des lignes paires. Par exemple, le registre à décalage 10 lit l'information d'image dans l'ordre de la première ligne horizontale, la troisième ligne horizontale, la cinquième ligne horizontale,..., puis la deuxième ligne horizontale, la quatrième ligne horizontale, la sixième ligne horizontale,... Cette opération se répète plusieurs fois et, comme l'homme de l'art le comprendra, l'information d'image venant des lignes horizontales à numérotation impaire définit un signal vidéu de trame impaire, tandis que l'information d'image venant des lignes horizontales à numérotation paire définit un signal vidéo de trame paire. Dans la rangée A de la figure 7, on peut voir un ali- gnement de signaux vidéo en couleur correspondant à une image complète. Bien que quatre signaux en couleur seulement soient représentés dans chaque section horizontale (110, l'homme de l'art comprendra que chaque ligne contient un nombre beaucoup plus grand de signaux. Sur la figure 7, le nombre donné entre parenthèses après chaque symbole "1H" désigne le numéro de la ligne horizontale se retrouvant sur la figure 3. Le dispositif de formation d'images en couleur présenté sur la figure 5 comprend en outre un réseau de commutation 12 qui sépare la séquence de signaux en couleur selon une forme utilisable, par exemple en signaux vidéo vert, rouge et bleu parallèles. Les signaux vidéo séparés sont produits aux bornes de sortie 22, 24 et 26. En relation avec la figure 6, il est présenté un schéma de principe détaillé du réseau de commutation 12, lequel comporte des portes 14 et 16, un circuit retardateur "1H" 18 et un dispositif de commutation 20. Chacune des portes 14 et 16 est définie par un circuit d'échantillonnage et est connectée au registre à décalage 10. Les portes 14 et 16 sont alternativement actionnées de manière à séparer des signaux de couleur verts et d'autres signaux de couleur (c'est-à- dire des signaux de couleur rougeset bleus). Ainsi, la porte 14 produit une série de signaux de couleur verts, ainsi que cela est indiqué dans la rangée B de la figure 7, et ces signaux de couleur verts sont délivrés à un filtre passe-bas 15 pour Etre prélevés à la borne 22. La porte 16 produit une série de signaux de couleur rouges, puis une série de signaux de couleur bleus, alternativement par les lignes, comme cela est indiqué dans la rangée C de la figure 7. Le circuit retardateur 18 retarde le signal venant de la porte 16 d'une durée équivalente à "1H" et, par conséquent, le circuit retardateur 18 produit des signaux de couleur retardés ainsi que cela est indiqué dans la rangée D de la figure 7. Le dispositif de commutation 20 comporte une paire de contacts 20a et 20b qui sont respectivement connectés aux bornes 24 et 26, par l'intermédiaire de filtres passe-bas 17 et 19. Chacun des contacts.20a et 20b change alternativement de position d'une. manière synchronisée avec le signal de ligne horizontale entre une première position de contact dans laquelle le contact 20a ou 20b, est connecté à la porte 16 et une deuxième position de. contact dans laquelle le contact 20a, 20b, est connecté au circuit retardateur 18. Puisque les contacts 20a et 20b fonctionnent de manière mutuellement opposée, le premier contact 20a prend la première et la deuxième position de contact pendant que le deuxième contact 20b prend, respectivement, la deuxième et la première position de contact. Ainsi, la borne 24 ne produit que les signaux de couleur rouges ainsi que cela est indiqué dans la rangée E de la figure 7, et la borne 26 ne produit que les signaux de couleur bleus, ainsi que cela est indiqué dans la rangée P de la figure 7. Il faut noter que les portes 14 et 16 et le dispositif de commutation 20 sont commandés par le circuit de caden- cement 8. Ainsi qu'on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, les signaux de couleur rougesdirectement obtenus à la porte 16 via le contact 20a sont compensés par les signaux de couleur rouges obtenus à partir du circuit retardateur 18 et, par conséquent, la chrominance du rouge peut être améliorée. Ceci peut s'appliquer aux signaux de couleur bleus. D'après l'agencement des éléments détecteurs verts, rouges et bleus décrits ci-dessus en relation avec la figure 3, puisque les éléments détecteurs verts, le vert étant particulièrement sensible & la luminance, occupent la moitié des positions d'éléments et sont disposés à la manière d'un échiquier, la résolution de l'image peut être obtenue avec une haute qualité en ce qui concerne la luminance. De plus, puisque les éléments détecteurs rouges et bleus sont disposés, lorsqu'on considère une trame, toutes les deux lignes, les signaux vidéo en couleur relatifs au rouge et au bleu peuvent Etre obtenus alternativement en séquence de lignes. Ainsi, en utilisant le circuit retardateur de "111", il est possible d'obtenir des signaux verts, rouges et bleus ayant la mAme fréquence d'échantillonnage. On peut donc dire, lorsque le dispositif de formation d'images est en train de produire une lecture entrelacée, le réseau de formation d'images en couleur de l'invention ne subit pas de scintillement de teinte. De plus, puisque les éléments détecteurs rouges et bleus sont disposée alternativement dans les lignes horizontales adjacentes en paires, la résolution du rouge et du bleu peut être réalisée avec une qualité élevée dans la direction horizontale. Il faut noter que les ééments détecteurs 4, qui ont été décrits comme étant superposés à des filtres verts, rouges et bleus, peuvent également être superposés à des filtres colorés suivant la relation complémentaire. Par exemple, ainsi que cela est présenté sur la figure 8a, les filtres rouges et bleus peuvent Etre remplacés par des filtres jaunes et cyan, qui sont respectivement désignés par "Ye" et "Cy". Un autre agencement possible présenté sur la figure 8b, o les filtres verts sont remplacés par des filtres blancs désignés par la référence "W". Un autre agencement possible est présenté sur la figure 8c, o les filtres verts, rouges et bleus sont respectivement remplacé. par des filtres blancs, jaunes et cyan. Il faut également noter que le dispositif de formation d'images en couleur selon l'invention peut être constitué par un dispositif détecteur d'images à semi-conducteurs, comme par exemple une pastille du type MOS, une pastille du type CID, une pastille du type CCD ou une pastille du type BBD (respectivement du type métal- oxyde-semi-conducteur, dispositif à couplage de charge, ou circuit collecteur itératif). Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du réseau et du dispositif de formation d'images en couleur dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1..Réseau de formation d'images en couleur, caractérisé en ce qu'il comprend: des éléments (4) d'un premier type (G; W) sensibles aux lumières appartenant à une première région du spectre; des éléments (4) d'un deuxième type (R; Ye) sensibles aux lumières appartenant à une deuxième région du spectre; et des éléments (4) d'un troisième type (B; Cy) sensibles aux lumières appartenant à une troisième région du spectre, les éléments des trois types étant alignés horizontalement et verticalement suivant un tracé prédéterminé (figure 3) ae telle manière que les éléments du premier type occupent une position d'élémmt sur deux suivant les directions horizontale et verticale, les éléments du deuxième type occupent les positions d'éléments entre les éléments du premier type de lignes horizontales adjacentes en paires qui occu- pent une paire sur deux de lignes horizontales adjacentes, et les éléments du troisième type occupent les positions d'éléments restantes. 2. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments des premier, deuxième et troisième types sont respectivement sensibles aux lumières vertes, rouges et bleues. 3. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments des premier, deuxième et troisième types sont respectivement sensibles aux lumières blanches, jaunes et cyan. 4. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments des premier, deuxième et troisième types sont respectivement sensibles aux lumières vertes, jaunes et cyan. 5. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en e sue!es éléments des premier, deuxième et troisième types sont respecti:lvemest sensibles aux lumières blanches, rouges et bleues. 6. Dispositif de formation d'images en couleur, caractéris: en ce qu'il comprend: a) un réseau (2) de formation d'images en. couleur compre- nant: i) des éléments (4) d'un premier type (G; W) sensibles aux lumières appartenant à une première région du spectre; ii) des éléments (4) d'un deuxième type (R; Ye) sensibles aux lumizres appartenant à une deuxième région du spectre; et iii) des éléments (4) d'un troisième type (B; Cy) sensl- bles aux lumières appartenant à une troisième région du spectre, ces éléments des trois types étant alignés horizontalement et verticalement à l'intérieur d'un tracé prédéterminé tel que les éléments du premier type occupent une position d'élément sur deux suivant les directions horizontale et verticale, les éléments du deuxième type occupent les positions d'éléments entre les éléments du premier type de lignes horizontales adjacentes en paires qui occupent une paire sur deux de lignes horizontales adjacentes, et les éléments du troisième type occupent les positions d'éléments restantes, les éléments des premier, deuxième et troisième types étant destinés à produire respectivement un premier, un deuxième et un troisième signal de couleur;. b) un registre à décalage (10) connecté au réseau de formation d'images en couleur de manière à décaler séquentiellement lesdits signaux de couleur dans l'ordre de signaux de couleur de lignes horizontales à numérotation impaire à partir de la plus précoce, puis de signaux de couleur de lignes horizontales à numéro- tation paire à partir de la plus précoce, et de produire un signal de couleur en série dans ledit ordre; c) un moyen de séparation (12) connecté au registre à décalage afin de séparer ledit signal de couleur en série suivant trois signaux de couleur parallèles, à savoir un premier signal de couleur, un deuxième signal de couleur et un troisième signal de couleur, le moyen de séparation comprenant: i) une première porte (14) qui laisse passer un sur deux des signaux de couleur dudit signal de couleur en série, la première porte produisant un premier signal de couleur; ii) une deuxième porte (16) qui laisse passer un sur deux des signaux de couleur dudit signal de couleur en série en opposition avec la première porte, la deuxième porte produisant un signal combiné du deuxième et du troisième signal de couleur; iii) un moyen retardateur (18) qui retarde ledit signal combiné d'une Période ale ligne horizontale; et iv) un moyen de commutation (20) comportant un premier et un deuxième contact (20a, 20b) qui sont foncrionnellement conçus de manière que chacun change alternativement de position de manière synchronisée avec l'intervalle de période de ligne horizontale entre 249637 1 une première position dans laquelle le contact est connecté à la deuxième porte et une deuxième position dans laquelle le contact est connecté au moyen retardateur, le premier et le deuxième contact étant actionnésencpposition l'un par rapport à l'autre, si bien que le premier contact produit le deuxième signal de couleur et le deuxième contact produit le troisième signal de couleur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première et la deuxième porte sont respectivement définies par un premier et un deuxième circuit d'échantillonnage. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier circuit d'échantillonnage est connecté à un premier filtre passe-bas (15). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier et le deuxième contact sont respectivement couples à un deuxième et un troisième filtre passe-bas (17, 19).