Brevet FR2548497A1 — publié le 19850104

CAPTEUR D'IMAGE A TRANSFERT DE TRAME DE FORMAT VARIABLE La présente invention concerne un capteur d'image à transfert de trame de format variable. Les capteurs d'images à transfert de trame sont bien connus de l'art antérieur. Ces capteurs sont décrits notamment dans l'ouvrage de C.H. SEQUIN et M.F. TOMPSETT intitulé "Charge transfer devices", pages 152 et suivantes. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un tel capteur d'image à transfert de trame. Ce capteur comporte une zone image et une zone mémoire ayant le même nombre de points et ayant donc les mêmes dimensions, Ljl, en ce qui concerne les zones susceptibles de capter l'image et de la mémoriser. Ces deux zones sont constituées de registres à décalages à transfert de charge verticaux, et placés côte à côte. Les registres de la zone image d'une part et les registres de la zone mémoire d'autre part reçoivent des signaux de commande communs. Par exemple, les signaux flp et commandent le transfert des charges dans la zone image et les signaux 61M M et P2M commandent le transfert des charges dans la zone mémoire, dans le cas où le capteur fonctionne en biphasé. L'image à détecter provoque l'accumulation de charges dans les registres de la zone image. Les charges sont transférées en parallèle dans les registres de la zone mémoire, puis dans le registre de lecture. Le transfert des charges dans le registre se fait en série grâce aux signaux de commande P1 L et P2L par exemple. Des moyens de lecture qui reçoivent un signal de remise à zéro PRAZ' délivrent le signal vidéo de sortie S. D'une façon générale, les capteurs d'images à transfert de trame qui sont fabriqués actuellement doivent permettre l'obtention d'un signal vidéo conforme aux normes de télévision. Pour cela, l'intégration des charges dans la zone image se fait généralement pendant la durée d'une trame de télévision et le temps de retour trame est utilisé pour transférer l'information dans la zone mémoire. Cette information est lue pendant le temps de trame suivant alors que se produit une nouvelle intégration des charges dans la zone image. De plus, les normes de télévision imposent un format pour la zone image tel que le rapport de la longueur L à la largeur I de cette zone soit sensiblement égal à 4/3. La présente invention se propose de résoudre le problème énoncé dans ce qui suit. La Demanderesse s'est posée le problème de la réalisation d'un capteur d'image très performant qui soit utilisable d'une part, pour l'élaboration d'un signal vidéo conforme aux normes de télévision et d'autre part dans des applications industrielles d'analyse d'image, comme par exemple le repérage d'un objet mobile tel qu'un missile. Il faut remarquer que pour l'élaboration d'un signal vidéo conforme aux normes de télévision, il faut une zone image de format rectangulaire, dont les dimensions L/l soient sensiblement dans le rapport 4/3, par contre les autres applications industrielles d'analyse d'image nécessitent une zone image de format sensiblement carré de façon à améliorer la précision. La présente invention permet de résoudre ce problème de façon simple et efficace. La présente invention concerne un capteur d'image à transfert de trame, comportant une zone image et une zone mémoire, de format rectangulaire et de mêmes dimensions, caractérisé en ce que des premiers moyens permettent d'utiliser une partie de la zone mémoire en zone image de façon à obtenir une zone image de format carré, et des seconds moyens permettant d'éliminer une partie des informations recueillies. Le capteur selon l'invention peut donc être utilisé, dans les applications de télévision, avec une zone image et une zone mémoire de même format rectangulaire et dans d'autres applications, avec une zone image de format carré. Dans ces autres applications, on n'utilise qu'une partie des informations recueillies, cette partie est transférée dans la zone mémoire et lue, alors que le reste des informations est éliminé de diverses façons. II faut remarquer que l'un des grands avantages du capteur à format variable selon l'invention est qu'il est obtenu à partir d'un capteur standard de fabrication courante pour la télévision. Le format variable est obtenu très aisément du fait de la structure même des capteurs d'image à transfert de trame classiques qui comportent une zone image et une zone mémoire adjacentes et en jouant sur le fait que dans les autres applications que la télévision on n'utilise qu'une partie des informations recueillies. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: - la figure 1, le schéma d'un capteur d'image à transfert de trame selon l'art antérieur; - la figure 2, le schéma d'un mode de réalisation d'un capteur selon l'invention; - les figures 3a, b et c, des schémas illustrant trois modes d'utilisation possibles du capteur selon l'invention; - les figures 4, 5 et 6, des signaux de commande du capteur selon l'invention correspondant aux modes de fonctionnement des figures 3a, b et c. La figure 1 a été décrite dans l'introduction à la description. La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation d'un capteur d'image à transfert de trame selon l'invention. Ce capteur diffère du capteur représenté sur la figure 1 car une partie de la zone mémoire peut être utilisée au gré de l'utilisateur comme zone mémoire ou comme zone image. Sur la figure 2, on désigne par zone mixte cette partie de la zone mémoire. La largeur 11 de la zone mixte, qui est adjacente à la zone image, est choisie de façon à obtenir une zone jmage de format carré lorsque la zone mixte est utilisée en zone image. On doit avoir: L = I + li Des moyens permettent d'utiliser la zone mixte en zone mémoire ou en zone image. Ces moyens comportent notamment un dispositif de commutation qui permet d'appliquer à la zone mixte soit les signaux de commande de la zone image Plp, 02p, soit ceux de la zone mémoire j M, Sur la figure 2, ce dispositif de commutation est représenté symboliquement par des interrupteurs 1. Le dispositif de commutation peut etre par exemple réalisé par des transistors MOS. Dans le cas ou un écran protège la zone mémoire d'un éclairement parasite, les moyens permettant d'utiliser la zone mixte en zone image ou en zone mémoire comportent un dispositif permettant de positionner cet écran selon l'utilisation soit sur la zone mémoire en totalité, soit sur une partie de la zone mémoire pour permettre à la zone mixte de recevoir l'image à détecter. Sur les figures 3a, b et c, on a représenté trois modes d'utilisation possibles du capteur selon l'invention. La figure 3a illustre le fonctionnement standard des capteurs à transfert de trame. La zone image et la zone mémoire ont le même format rectangulaire et comportent chacune n lignes photosensibles correspondant aux n étages des registres à décalages. La totalité de l'information stockée dans la zone image est transférée dans la zone mémoire, puis dans le registre de lecture pour fournir le signal vidéo S. Sur la figure 3b, la zone image a un format carré de dimensions L x L. La zone mémoire comporte k lignes, alors que la zone image comporte 2n - k lignes. On ne prend en compte qu'une partie de l'information contenue dans la zone image car on est limité par les dimensions de la zone mémoire et l'on a vu dans l'introduction à la description que pour certaines applications, on ne s'intéresse de toutes façons qu'à une partie de l'information. Dans le cas de la figure 3b, on ne peut prendre en compte au maximum que k lignes de la zone image. Sur la figure 3b, les k lignes intéressantes sont comprises entre les lignes de rang i et de rang j. Cette zone est zébrée sur la figure. Dans le mode d'utilisation en format carré de la figure 3b, il faut que des moyens permettent d'éliminer une partie de l'information recueillie dans la zone image. Ces moyens peuvent prendre diverses formes. Par exemple, dans le cas de la figure 3b, on peut éliminer le contenu des lignes 1 à i de la zone image en transférant ces lignes dans la zone mémoire, puis en les transférant à une cadence élevée dans le registre de lecture fonctionnant lui-même à fréquence élevée. On ne doit pas prendre en compte le signal de sortie du capteur qui correspond à ces lignes de rang 1 à i. I1 est possible par exemple d'actionner en permanence lors de la lecture accélérée des lignes 1 à i le signal de remise à zéro RAZ qui est prévu sur les moyens de lecture. En ce qui concerne les lignes de rang j à 2n - k qu'il faut aussi éliminer. On peut procéder de diverses façons. On constate que sur la figure 2 on a prévu un drain d'évacuation des charges horizontales, en haut des registres verticaux. Ce drain peut être constitué par une diode polarisée en inverse et réalisée par implantation d'impuretés de type opposé à celui du substrat sur lequel sont réalisés les registres. Pour éliminer les lignes j à 2n - k, on peut transférer les charges de bas en haut sur la figure pour les envoyer sur le drain d'évacuation. Il faut signaler que le transfert des charges utiles dans un sens et le transfert des charges à éliminer en sens inverse n'est possible que pour certains types de transfert. C'est le cas pour le triphasé ou le quadriphasé. On peut aussi éliminer le contenu des lignes j à 2n - k en le déversant dans des drains verticaux d placés entre les registres et qui sont représentés par des zone hachurées sur la figure 2. On se reportera par exemple à la page 179 de l'ouvrage cité au début de l'introduction à la description où l'on voit notamment des drains verticaux entre les registres à transfert de charge. La figure 3c illustre un dernier mode de fonctionnement possible. La zone image et la zone mémoire ont le même format rectangulaire. On ne s'intéresse qu'à une partie de l'image. Par exemple, les lignes i à j. La totalité de la zone image est transférée normalement en mémoire. On élimine, par exemple, les lignes 1 à i en les transférant à cadence élevée dans le registre de lecture fonctionnant lui aussi à cadence élevée, et alors que le signal de remise à zéro fonctionne en permanence. Les lignes i à j sont traitées normalement. Les lignes j à n sont éliminées soit de la même façon que les lignes I à i, soit par transfert dans les drains verticaux de la figure 2 ou le drain d'évacuation des charges situé en haut de la zone image. On a vu que le capteur selon l'invention peut fonctionner indifféremment en monophasé, biphasé, triphasé, quadriphasé... excepté si l'on désire évacuer l'information non utile en changeant le sens du transfert, auquel cas il faut fonctionner en triphasé ou en quadriphasé. Les figures 4, 5 et 6 représentent des signaux de commande du capteur selon l'invention pour les modes de fonctionnement des figures 3a, b et c et dans le cas d'un fonctionnement en biphasé. Sur les figures 4a, b, c et d, on a représenté les signaux de commande P' 162P' P1M et Ces signaux varient entre un niveau bas et un niveau haut. Les signaux 1PS 2P et PIM P2M sont en opposition de phase deux à deux. Ils se croisent généralement à l'état haut au-dessus de 70 % d'amplitude. Les capteurs à transfert de trame utilisent généralement l'entrelaçage : trame paire, trame impaire, trame paire... La partie gauche de la figure 4 concerne une trame impaire, et la partie droite une trame paire. Les signaux blp et P2p ne passent périodiquement à l'état haut que pendant le temps de retour trame pour transférer l'information de la zone image à la zone mémoire. Par contre, les signaux P1M M et P2M passent périodiquement à l'état haut pendant le temps de trame et pendant le temps de retour trame, mais la période de passage à l'état haut est plus courte pendant le temps de retour trame que pendant le reste du temps de trame. Sur les figures 4e et f on a représenté les signaux de commande L et P1L du registre de lecture. Les signaux P1L et ne passent périodiquement au niveau haut que lorsque 01M et sont au niveau bas, c'est-à-dire lorsque le transfert d'une ligne dans le registre de lecture est terminé. Cela se voit très bien sur les figures 4g, h, i, j, où l'on a dilaté la repésentantion des signaux #1M' P2M, P1L et P2L. La fréquence des signaux P1L et 4L est très supérieure à celle des signaux P1M et Les figures 4a à j correspondent donc au mode de fonctionnement de la figure 3a. Les figures Sa à h correspondent au mode de fonctionnement de la figure 3b. Les figures 5b, c, d et e montrent les signaux de commande P1P P2PX blM et P2M. Pendant le temps de retour trame s'effectue le transfert dans la zone mémoire des k premières lignes de la zone image puis des i lignes suivantes, puis des (2n - k - j) dernières lignes. Lorsque les k premières lignes ont été transférées dans la mémoire, celle-ci est pleine. Les impulsions blp et P2P, P1M et qui vont suivre provoquent le passage de l'information contenue dans la mémoire dans le registre de lecture. Sur les figures Sf et g, on a représenté les signaux de commande du registre de lecture P1L et Alors Alors que les signaux d'horloge P1M M et 02M provoquent le passage dans le registre de lecture des i première lignes de la zone image, les signaux 01L et 02L qui ont une fréquence élevée provo quent l'élimination du contenu de ces i premières lignes de la zone image. Il faut signaler que le signal 0RAZ appliqué aux moyens de lecture reliés au registre à transfert de charge de sortie est au niveau haut pendant toute la durée du temps de retour trame, voir figure 5h. Les (2n - k - j) dernière lignes de la zone image sont éliminées par exemple par passage dans les drains d verticaux qui séparent les registres. C'est le passage du signal vac - figure Sa - au niveau haut qui provoque cette élimination. La partie droite des figures Sa à h représente la lecture des k lignes de la mémoire renfermant les lignes i à j de la zone image. Le signal PRAZ revient à zéro entre deux lectures. Celles se fait de la façon habituelle comme par exemple sur les figures Xg à i. Les figures 6a à e concernent le mode de fonctionnement de la figure 3c. Le transfert du contenu de la zone image dans la zone mémoire se fait normalement, comme sur les figures 4a à d et na pas été repris sur les figures 6. Les figures 6a à e concernent la lecture de ia zone mémoire. Les figures 6a à e représentent les signaux de commande 02Mw 61L' P2L et PRAZ- Les i premières lignes de la mémoire, comme ses (n - p dernières lignes sont évacués dans le registre de sortie à un rythme élevé. Le registre lui-même fonctionne à un rythme élevé et le signal PRAZ est au niveau haut en permanence. On élimine donc le contenu des i premières et des (n - j) dernière lignes de la zone image. Par contre, les (j - i) lignes intéressantes de la zone image sont lues à un rythme normal et le signal BRAZ revient à zéro entre deux lectures . L'enveloppe des (j - i) périodes permettant un traitement normal des lignes de rang i à j peut être délivré par l'opérateur, ou programmé, comme aussi dans le cas de la figure S ie traitement particulier des k premières lignes, puis des i lignes suivantes et des (2n - k - j) dernières lignes. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention les points images élémentaires de la zone image souvent appelés "pels" sont de format carré. REVENDICATIONS 1. Capteur d'image à transfert de trame, comportant une zone image et une zone mémoire, de format rectangulaire et de mêmes dimensions, caractérisé en ce que des premiers moyens permettent d'utiliser une partie de la zone mémoire en zone image de façon à obtenir une zone image de format carré et des seconds moyens permettent d'eliminer une partie des Informations recueillies. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens comportent un dispositif de commutation (I) des signaux de commande permettant d'appliquer à ladite partie de la zone mémoire (zone mixte) soit les signaux de commande de la zone image (plu, P2p), soit ceux de la zone mémoire (P1MS 02M)- 3. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les premiers moyens comportent un dispositif permettant de positionner un écran soit sur la totalité de la zone mémoire, soit sur une partie de la zone mémoire, lorsque la zone mixte reçoit l'image à détecter. 4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les seconds moyens assurent: - le transfert d'une partie de la zone image dans la zone mémoire, puis dans le registre de lecture fonctionnant à cadence élevée; - ou, le transfert d'une partie de la zone image dans un drain d'évacuation située en haut de la zone image - ou, le transfert d'une partie de la zone image dans des drains verticaux (d) séparant les registres à décalages à transfert de charge constituant la zone image. 5. Capteur selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que les points images élémentaires de la zone image sont de format carré.