Brevet FR2569842A1 — publié le 19860307

nEcca2é es diaçusigifs L3 ta lecture d'un dâtec-eL 'eru L'invention concerne un procédé et des dispositifs pour la lecture dsun détecteur opto-électrique constitué d'au moins une line d'éléments de détection, avec un système électronique de lecture au moyen duquel les éléments de détection sont lus successivement, ligne par ligne, les contenus de signaux d'au moins une partie des éléments de détection étant mémorisés. Pour la détection d'objets faiblement lumineux à l'aide de ce qu'on appe!ie des barrettes de détection, dispositifs CCD (à couplage de charge) ou CID (à injection de charge) par exemple, on sait qu'on peut lire plusieurs fois les différents éléments de détection à des intervalles de temps plus ou moins rapprochés, et additionner les charges produites par effet photoélectrique pour chaque élément de dé- tection. Toutefois, ce type de lecture répétée ne peut pas être em- ployé lorsque l'objet se déplace par rapport à la surface du détec- teur. Selon l'importance de la vitesse, un objet en forme de point est alors projeté pendant le temps d'exposition sur plusieurs éléments de détection, ce qui entraîne l'oblitération connue; si l'on considère le phénomène du point de vue de l'intensité, on peut dire qu'un déplacement entraîne la répartition de la charge du courant photoélectrique sur plusieurs éléments de détection dans le sens de déplacement, et donc que la charge d'un élément individuel est réduite en conséquence. L'invention a pour objectif de fournir un procédé pour la lecture d'un détecteur opto-électrique du type mentionné en introduction qui permette la détection d'objets peu lumineux, et notamment mobiles. Cet objectif est atteint au moyen d'un procédé du type mentionné plus haut, qui est caractérisé par le fait que les contenus de si- gnaux d'un nombre prédéterminé w d'éléments de détection (y, xi.i), 1T -v7). qui forment une partie de Iigne de longueur prédéterminée, sont mémorisés en continu, et additionnés afin de former un signal-somme courant Qi que le signal-somme Qi est mis en mémoire intermédiaire, et qu'aux fins de 1 a lect;ure rt de la formaion successi.ves d un si gnal--Loime med itatmont' suoi a+t Q n,ddiiiîcne au si.gna-somme Q. le + conteonu de si. 9ral qi+ de l'é!gment d dEdtction,éj, X.] Y qui se tr-o e JvanFt 1v Oartie de liJgn. uestJion, etl on soustyait du s ÀIal -sGnme Q Je contenu de sig;"mi q- de l 'éliment de détecLtion yJ x{,-w),) qui est le:!eerniei ue ia partie de ligne en qCuestion (i = I à n, j = 1 à f; i, ', ji i, ma hombres entiers). Selon une caractéristique supplémentaire,.le signa.- somme courant Qi est comparé à une valeur de seuil irédéterminme 0 Selon une nouvelle caractéristique, la valeur de seuil QS est mnémorisée sous forme de signal négatif ou positiF et, afin de former le pcemnier signal- somme Qi=1, est additionnée au ou soustraite du contenu de signal qi=l du premier élément de détection (y., x 1 d'une ligne. yj, Xi=l' Pour mettre en oeuvre ce procédé, l'invention propose un disposi- tif du type mentionné plus haut, qui est caractérisé par la présence d'une unité de calcul (ALU), d'un multiplexeur (MUX1) relié à une entrée (A) de l'unité de calcul (ALU), d'une mémoire FIFO (PAPS - sortie dans l'ordre d'arrivée) reliée côté sortie à une première en- trée (M1) du multiplexeur (MUX1), et d'une mémoire intermédiaire (ACCU) reliée côté entrée (I) à la sortie (Z) de l'unité de calcul (ALU) et côté sortie (0) à une entrée (B) de l'unité de calcul (ALU), et par le fait que le contenu de signal numérisé qi de l'élément de détecteur (yj, xi) est à chaque fois appliqué tant à une deuxième entrée (M2) du multiplexeur (MUX1) qu'à l'entrée de la mémoire FIFO. L'invention propose également un autre dispositif du type mention- né plus haut, qui est caractérisé par la présence d'une unité de calcul (ALU), d'un système-de bus de données (DBS) relié à une entrée (A) de l'unité de calcul (ALU), auquel sont appliqués par l'inter- médiaire de sorties "3-state" ("à 3 états") une mémoire FIFO alimentée par le système de bus de données (DBS), un registre de seuil (REG), la valeur fixe "0" et le contenu de signal numérisé qi des éléments de détection, et d'une mémoire intermédiaire (ACCU) reliée côté entrée (I) à la sortie (Z) de l'unité de caleul (ALU) et côté sortie (0) à une entrée (B) de l'unité de calcul (ALU). - 2569842 - 3 - 1 Une caractéristique supplémentaire prévoit la présence pour l'un comme pour l'autre de ces dispositifs d'un registre de seuil (REG), relié selon le cas à une troisième entrée du multiplexeur (MUX1) ou au système de bus de données (DBS). L'invention part de la constatation que la sensibilité d'un détec- teur opto-électrique, c'est-à-dire sa capacité à distinguer un signal utile du signal de parasitage, peut être augmentée en additionnant les contenus de signaux de plusieurs éléments de détection disposés les uns à côté des autres et éclairés par un objet. Si l'on considère par exemple comme contenu de signal la charge produite dans un élément de détection d'un dispositif CCD, on peut dire que lors de l'addition sur n éléments de détection, la charge globale due à l'effet photoélectrique augmente linéairement, tandis qua la charge globale due au parasitage n'augmente que selon sA: En conséquence, l'idée de base de l'invention est d'additionner les contenus de signaux de plusieurs éléments de détection situés à l'intérieur d'une fenêtre, la fenêtre étant déplacée cran par cran sur une ligne du détecteur. On obtient un maximum de sensibilité lorsqu'on utilise pour l'addition uniquement ceux des éléments de détection voisins qui sont reçus par l'objet à détecter pendant le temps d'exposition (= valeur réciproque de la vitesse de lecture), c'est-à-dire lorsque la largeur de la fenêtre correspond à la taille de la projection de l'objet pendant le temps d'exposition. Si la largeur de la fenêtre est plus grande, il y a addition de plus de signaux de parasitage, sans augmentation du signal utile; si la fenêtre est plus petite que la largeur projetée de l'objet, on perd pour l'addition des signaux utiles. Afin d'optimiser le procédé de lecture selon l'invention, il est donc important de pouvoir faire légèrement varier la largeur de fenê- tre susmentionnée. Ceci est réalisé de manière avantageuse par l'em- ploi d'une mémoire FIFO (PAPS), qui sera décrite en détail plus loin. En outre, attendu que le signal obtenu pour une position donnée d'un élément de détection s'obtient à partir de la somme des signaux qui se trouvent à l'intérieur de la fenêtre (partie de ligne) allouée, ce processus d'addition devrait être répété du début à chaque nouveau décalage de la fenêtre. Le procédé selon l'invention simplifie cette - 4 1 poursuite du décalage de la fenêtre, et donc la lecture du détecteur, en ceci que le nouveau signal-somme est à chaque fois formé à partir du signal-somme précédent, auquel on se contente d'addi- tionner le contenu du signal de l'élément de détecteur qui, dans le sens de balayage, se trouve avant la fenêtre initialement considérée, et de soustraire le contenu de signal du dernier élément de détection situé à l'intérieur de la fenêtre. Si par exemple la fenêtre englobe une partie de ligne comportant 8 éléments de détection, et que la vitesse de lecture pour chaque élément de détection est de 1 MHz, on aurait besoin pour renouveler à chaque fois la formation de somme d'une vitesse de calcul de 8 MHZ, soit encore 125 ns; mais comme avec le procédé selon l'invention, les calculs nécessaires à chaque étape de balayage se réduisent à deux opérations, on a besoin d'une vitesse de calcul de 2 MHZ, soit encore 0,5 Jsec. Comme on l'expliquera plus en détail ci-après à l'aide des exemples de réalisation, la mémoire FIFO susmentionnée s'avère également particulièrement adéquate pour l'exécution de cette opération. La description qui suit explicite l'invention en référence au des- sin annexé, lequel montre: à la figure 1, la structure schématique d'un détecteur opto-élec- trique, avec des éléments de détection disposés en m lignes et nr co- lonnes, aux figures 2a et 2b, l'allure du signal le long d'une ligne de détection d'un objet lumineux respectivement immobile et mobile pen- dant le temps d'exposition, lors d'une évaluation individuelle des éléments de détection, à la figure 3, l'allure du signal d'un objet mobile pendant le temps d'exposition, lors de la lecture des éléments de détection d'après le procédé selon l'invention, à la figure 4, un schémabloc d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, employant un multiplexeur, à la figure 5, un diagramme en fonction du temps, à la figure 6, un schéma-bloc d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, employant un système de bus de données. -5- 1 La figure 1 présente schématiquement la structure de la partie photosensible d'un détecteur opto-électrique, dispositif CCD par exemple, o les différents éléments de détection sont disposés en m lignes et n colonnes. Typiquement, le nombre d'éléments de détection est de 256 par ligne ou colonne. La charge qi d'un élément de détec- tion, produite par effet photoélectrique mais aussi par parasitage, et de coordonnées xiet yj, est successivement et ligne par ligne, d'une manière connue dans la technique CCD, appelée, amplifiée et convertie en un signal numérique. Pour le cas o un détecteur de ce type est utilisé dans un satel- lite pour déterminer par exemple la position d'une étoile de faible luminosité, le fait que l'étoile projetée se déplace pendant le temps d'exposition d'un élément de détection joue un rôle. C'est par exem- ple le cas lorsque le temps d'exposition est très long, ou encore lorsque le satellite tourne conjointement avec le détecteur autour d'un axe de spin. La figure 2a présente l'allure du signal lors d'une lecture individuelle des éléments de détection dans la ligne yj, lorsque l'étoile ou encore le-spot lumineux projeté sur le détecteur ne se déplace pas. Le cycle de lecture, soit donc le temps d'exposi- tion par élément de détection, est ici choisi de façon que la charge q. de l'élément de détection entièrement touché par le spot lumineux soit nettement supérieure à la charge qR due au parasitage. Si par contre, conformément à la figure 2b, le spot lumineux se déplace pendant le temps d'exposition -et ce, comme dans le cas repré- senté, dans le sens de balayage-, la charge due à l'effet photoélec- trique sera, pour une vitesse de lecture identique au cas de la figure 2a, répartie uniformément sur plusieurs éléments de détection voisins, et la charge qi d'un élément de détection sera nettement inférieure au signal de parasitage qR Mais si, conformément au procédé selon l'invention, on additionne les charges à l'intérieur d'une partie de ligne constituée du nombre exact d'éléments de détection qui sont touchés par le spot lumineux pendant le temps d'exposition, on obtient au lieu de l'allure de si- gnal de la figure 2b celle représentée à la figure 3, o le maximum dépasse maintenant nettement le signal de parasitage qR' -6- Le processus de lecture l!i-a;me sera expliqué a l'aide de la fi- gure i: on affecte à chaque élément de détection, de coordonnées y et xi, un signal-somme Qi' égal à la somme des charges qi-w à qi des éléments de détection de coordonnées yj et xi-w à xi. Le signal-somme Qi contient ainsi les contenus de signaux de w éléments de détection voisins, soit donc d'une partie de ligne de largeur "w multiplié par la taille d'un élément de détection". Le signal-somme Qi est d'une part mis en mémoire intermédiaire pour le processus de lecture suivant, et d'autre part transmis à un système électronique (auquel on n'a pas lieu de s'intéresser plus en détail ici) comme signal de lecture pour un nouveau traitement du signal, par exemple pour la détermination du centre d'image de la source lumineuse. L'étape de balayage suivante, soit donc la formation du si- gnal-somme immédiatement suivant Qi+ pour l'élément de détection de coordonnées yj et xi+l, s'effectue en ceci que l'on soustrait du signalsomme mémorisé Qi le contenu de signal qi.w de l'élément de détection de coordonnées yj et xiw, qui se trouve sur le bord gauche de la partie de ligne préalablement déterminée, et qu'en outre l'on additionne le contenu de signal qi+l de l'élément de détection de coordonnées y. et xi+, qui se trouve avant le bord droit de la partie de ligne. Par rapport à la partie de ligne de signal-somme Qi. la partie de ligne de signal-somme Qi+1 est ainsi décalée vers la droite de la distance d'un élément de détection, et comporte à nouveau le même nombre w d'éléments de détection. Le nouveau signal-somme Qi+1 est maintenant lui-aussi mis en mémoire intermédiaire, à la place du signal-somme précédent Qi' ou transmis pour un nouveau traitement, la valeur mise en mémoire intermédiaire étant disponible pour l'étape de balayage suivante, soit donc pour la formation du signal-somme suivant Qi+2' et ainsi de suite. Le détecteur est ainsi lu successivement, ligne par ligne.. La figure 4 présente le schéma-bloc d'un montage électronique per- mettant de mettre en oeuvre le procédé de lecture décrit ci-dessus. Les signaux fournis par un détecteur ayant une structure selon la fi- gure 1 sont amenés selon le cycle d'une unité électronique de commande en soi connue CONTROL à un préamplificateur AMP, et numérisés dans un -7 - i convertisseur analogique-numérique A/D. Ces composants sont connus de la photographie magnétique basée sur l'emploi du dispositif CCD, et on les retrouve pour l'essentiel par exemple dans l'appareil photo- graphique à cellule CCD du type XC37 de la Société Sony.Les contenus de signaux numérisés qi des éléments de détection apparaissent sé- quentiellement à la sortie du convertisseur analogique-numérique A/D. Le signal qi est fourni d'une part à l'entrée M2 d'un multiplexeur MUX 1, et d'autre part, par l'intermédiaire de l'entrée M1 d'un autre multiplexeur MUX 2, à l'entrée d'une mémoire FIFO (PAPS). A l'entrée M2 du multiplexeur MUX 2, on applique la valeur fixe "0". Un multiplexeur adéquat est par exemple le type SN 54153, et une mémoire FIFO adéquate le type Am 2841 de la Société Advanced Micro Devices,qui est décrite dans le "MOS/LSI Data Book" de 1980, pages6 - 7 à 6 -11. La sortie de la mémoire FIFO est reliée à une autre entrée M1 du multiplexeur MUX 1. La sortie du multiplexeur MUX 1 est appliquée à une entrée A d'un additionneur/soustrayeur ALU (=Arithmetic Logic Unit, appelé ci-après "unité arithmétique ou unité de calcul"),par exemple du type SN 54181.La deuxième entree B de l'unité arithmétique ALU est reliée à la sortie 0 d'une mémoire intermédiaire ACCU, par exemple du type SN 54194. L'entrée I de la mémoire intermédiaire ACCU est reliée à la sortie Z de l'unité arithmétique ALU. Les composants décrits ci-dessus MUX 1, MUX 2, FIFO, ALU et ACCU possèdent des entrées de cycle ou encore de commande qui sont reliées à l'unité électronique de commande CONTROL, le déroulement de ces si- gnaux de cycle ou encore de commande s'effectuant selon le diagramme en fonction du temps présenté à la figure 5, et selon la description fonctionnelle suivante: Avant le début du processus d'interrogation de chaque ligne yj, le contenu de la mémoire intermédiaire ACCU est effacé dans le retour de ligne (voir la figure 5) au moyen du signal de commande S2 employé comme signal de remise à zéro. Dans le retour de ligne également, le multiplexeur MUX 2 est asservi de façon que, pendant un cycle d'enregistrement ew et pour la durée 52 = H, la valeur fixe "0" soit inscrite dans la mémoire FIFO un nombre de fois correspondant à la longueur de la partie de ligne qui doit à l'avenir être observée, - 8 - 1 soit donc le nombre w des éléments de détection auxquels on fait appel pour la formation d'un signal-somme. le début de ligne entraîne la lecture des éléments de détection xi d'une ligne yj,avec le cycle de la caméra.Le traitement de chaoue élément de détection xi de cette ligne nécessite deux cycles: avec le premier cycle, le contenu de signal qi est enregistré avec un cycle d'enregistrement w dans la mémoire FIFO et simultanément, par l'intermédiaire du multiplexeur MUX 1 et de l'unité arithmétique ALU, additionné avec un cycle {A au contenu respectif de la mémoire intermédiaire ACCU. Avec un deuxième cycle, la valeur respective préalablement mémorisée dans la mémoire FIFO est sélectionnée à l'aide d'un cycle de lecture R et, par l'intermédiaire du multiplexeur MUX 1 adéquatement asservie par le signal S1, et dans l'unité arithmétique ALU qui est simultanément adéquatement asservie par le signal {A' soustraite du contenu de la mémoire intermédiaire ACCU. Le résultat se trouve à la sortie Z de l'unité arithmétique ALU, d'o il est à nouveau transféré dans la mémoire intermédiaire ACCU, au moyen du signal {A; il correspond au signal-somme respectif Qi. Comme on peut aisément le constater, au début de chaque ligne, les contenus de signaux des premiers w éléments de détection sont uni- quement additionnés, attendu que les premiers signaux w qui sont mémo- risés dans la mémoire FIFO ont reçu une valeur allouée nulle. Ce n'est que lorsque i devient supérieur à w qu'un contenu de signal d'un élément de détection mémorisé dans la mémoire FIFO est, lors de la formation d'un signal-somme Qi' soustrait du signal-somme précédemment mémorisé Qi-1, et que l'ensemble de la fenêtre (partie de ligne comportant w éléments de détection) est ainsi décalé d'un cran. La figure 6 présente une variante du montage selon la figure 4, o l'on emploie à la place des multiplexeurs un système de bus de don- nées. On a en outre prévu un registre de seuil REG, dans lequel est mémorisé une valeur de seuil Q.S' Les contenus de signaux qi des éléments de détection, de même que la valeur fixe "0", sont, par l'intermédiaire d'étages d'attaque de bus BT munis de sorties dites "3-state" ("à 3 états"), du type SN 54 368 par exemple, fournis à un bus de données DBS relié à l'entrée A de l'unité arithmétique ALU. L'entrée et la sortie de la mémoire FIFO ainsi que du registre REG -9- 1 (qui est par exemple du type SN 54194) sont elles-aussi reliées au bus de données. L'asservissement des sorties "3-state" des composants BT, REG et FIFO s'effectue par l'intermédiaire d'une unité électronique de commande CONTROL ou d'un décodeur DEC (du type SN 54138 par exemple), dans l'ordre de succession décrit plus haut. Au début du processus de lecture d'une nouvelle ligne yj, on effectue à nouveau l'effacement dans la mémoire intermédiaire ACCU. Ensuite, dans un cycle intermédiaire, la valeur QS mémorisée dans le registre REG est soustraite du contenu de la mémoire intermédiaire ACCU, et le résultat est réintroduit dans la mémoire intermédiaire ACCU; la valeur qui se trouve maintenant dans la mémoire intermédiaire ACCU est une valeur négative de la taille de la valeur de seuil allouée Q.S' Ensuite, la valeur fixe "0" est inscrite le nombre de fois m prévu dans la mémoire FIFO, d'une manière analogue au processus décrit pour la figure 4. La sommation des contenus de signaux qi appliqués en série des éléments de détection s'effectue également de la même manière que décrit pour la figure 4. Cependant, attendu que l'on a maintenant alloué dans la mémoire intermédiaire ACCU une valeur négative, le signal de sortie de l'unité arithmétique ALU reste lui-aussi négatif tant que le signal-somme courant Qi ne dépasse pas la valeur de seuil Q5' Cela s'exprime en ceci que, avec une unité arithmétique ALU du type SN 54181, un bit de signe saisissable affiche une valeur négative. Pour la poursuite du traitement, on fait alors uniquement appel aux signaux- sommes Qi présentant un signe positif. Toutefois, attendu que les signaux- sommes Qi qui se trouvent à la sortie de l'unité arithmétique ALU sont diminués de la valeur de seuil Q5, il est nécessaire pour poursuivre le traitement d'additionner à nouveau la valeur de seuil Q5 Avec le présent montage, cela peut être à nouveau effectué en additionnant la valeur de seuil QS et le contenu de la mémoire intermédiaire ACCU, sans cycler la mémoire intermédiaire. - 10 - 1 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la lecture d'un détecteur opto-électrique consti- tué d'au moinis une ligne d'éléments de détection, avec un système électronique de lecture au moyen duquel les éléments de détection sont lus successivement, ligne par ligne, les contenus de signaux d'au moins une partie des éléments de détection étant alors mémorisés, caractérisé par le fait a) que les contenus de signaux d'un nombre prédéterminé w d'616éléments de détection (yj, xi.w à xi), qui forment une partie de ligne de lon- gueur prédéterminée, sont mémorisés en continu, et additionnés afin de former un signal-somme courant Qi' b) que le signal-somme Qi est mis en mémoire intermédiaire, c) qu'aux fins de la lecture et de la formation successives d'un si- gnal-somme immédiatement suivant Qi+l' on additionne au signal-somme Qi le contenu de signal qi+l. de l'élément de détection (yj, xi+1) qui se trouve avant la partie de ligne en question, et on soustrait du signal- somme Qi le contenu de signal qi.w de l'élément de détection (y., x(iw))) qui est le dernier de la partie de ligne en question (i = 1 à n, j = 1 à m; w, i, j, n, m nombres entiers). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal-somme courant Qi est comparé à une valeur de seuil prédé- terminée QS 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la valeur de seuil QS est mémorisée sous forme de signal négatif ou positif et, afin de former le premier signal-somme Qi=l' est addi- tionnée au ou soustraite du contenu de signal qi.1 du premier élément de détection (yj, xi= 1) d'une ligne. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, avec un détecteur opto-électrique constitué d'au moins une ligne d'éléments de détection, et avec un système électronique de lecture relié au détecteur, caractérisé par la présence d'une unité de calcul (ALU), d'un multiplexeur (MUX1) relié à une entrée (A) de l'unité de calcul (ALU), d'une mémoire FIFO (PAPS - sortie dans l'ordre d'arrivée) reliée côté sortie à une première entrée (M1) du multiplexeur (MUX1), et d'une mémoire inter- :- il- - 1 médiaire (ACCU) reliée côté entrée (I) à la sortie (Z) de l'unité de calcul (ALU) et côté sortie (0) à une entrée (B) de l'unité de calcul (ALU), et par le fait que le contenu de signal numérisé qi de l'élément de détecteur (yj, xi est à chaque fois appliqué tant à une deuxième entrée (M2) du multiplexeur (MUXl)- qu'-à l'entrée de la mémoire FIFO. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, avec un détecteur opto-électrique constitué d'au moins une ligne d'éléments de détection, et avec un système électronique de lecture relié au détecteur, caractérisé par la présence d'une unité de calcul (ALU), d'un système de bus de données (DBS) relié à une entrée (A) de l'unité de calcul (ALU)t auquel sont appliqués par l'intermédiaire de sorties "3-state" ("à 3 états") une mémoire FIFO alimentée par le système de bus de données (DBS), un registre de seuil (REG), la valeur fixe "0" et le contenu de signal numérisé qi des éléments de détection, et d'une mémoire intermédiaire (ACCU) reliée côté entrée (I) à la sortie (Z) de l'uni- té de calcul (ALU) et côté sortie (0) à une entrée (B) de l'unité de calcul (ALU). - 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par la présence d'un registre de seuil (REG) relié à une troisième entrée du multiplexeur (MUXI) ou au système de bus de données (DB5).