Brevet FR2714785A1 — publié le 19950707

La présente invention concerne un procédé d'adressage progressif d'un dispositif à transfert de charge, interligne à transfert de trame, et un dispositif de prise de vue, notamment une caméra, comportant au moins un tel dispositif à transfert de charge adressé suivant le procédé selon l'invention. Des capteurs d'images à transfert de charges appelés également CCD abréviation anglo-saxonne pour "Charge-Coupled Device" sont aujourd'hui principalement dédiés soit à la télévision, soit à l'instrumentation. Les premiers fonctionnent selon un principe d'adressage entrelacé et sont de faible coût, les seconds fonctionnent en général selon un mode d'adressage progressif mais sont très souvent de coût élevé. Des capteurs CCD interligne à transfert de trame appelés également dans la littérature anglo-saxonne "FIT', abréviation pour "Frame Interline Transfert" sont utilisés la plupart du temps dans des caméras professionnelles de studio ou de reportage. Un capteur CCD FIT fonctionne dans un premier temps de façon similaire à un capteur interligne, mais dispose en supplément d'une zone mémoire où seront stockés les charges, comme dans le cas d'un CCD à transfert de trame. La structure interligne étant bien connue de l'homme du métier, elle est donc très brièvement décrite ci-après. Les pixels d'une première trame sont formés de deux zones photosensibles associées respectivement à un puits de collection de charges commandé par une électrode. II en est de même pour les pixels de la trame suivante formée de deux nouvelles zones photosensibles et commandés respectivement par une électrode. Un premier mode de fonctionnement habituel consiste à vider à la fréquence trame les pixels associés à la trame courante en laissant les autres pixels en intégration; ce premier mode de fonctionnement habituel des CCD interlignes est appelé "Frame integration" ou mode 40 ms. Un deuxième mode de fonctionnement habituel appelé "Field integration" ou mode 20 ms consiste à vider tous les pixels à fréquence trame afin d'augmenter artificiellement la fréquence d'échantillonnage temporelle et de diminuer ainsi le flou sur les objets en mouvement. Un entrelacé spatial est cependant fabriqué en additionnant différemment selon la trame les pixels concernés. Le transfert vers le registre horizontal de lecture se fait à l'aide des zones interlignes, qui sont masquées de la lumière, en décalant à la fréquence ligne, à l'aide des différentes électrodes, les charges issues des pixels. Pour les CCD FIT, une zone mémoire protégée de la lumière est ajoutée à la zone photosensible. La zone mémoire présente le même nombre de pixels que la zone photosensible associée à une trame. Cette zone mémoire sert à stocker temporairement les charges créées lors de l'intégration, ce qui est un principe identique à celui des transferts de trame. Cependant l'avantage des CCD FIT qui fonctionnent selon les deux principes à la fois, c'est-à-dire interlignes et transfert de trames, tient au fait que les photo-électrons sont transférés rapidement des zones interlignes vers la zone mémoire trame. Ce transfert s'effectue à fréquence élevée pendant la suppression trame et permet de diminuer le phénomène parasite appelé "smearing" bien connu de l'homme du métier. Ainsi le fonctionnement des CCD FIT peut se résumer en trois phases principales: - un transfert des charges des pixels vers les zones interlignes verticales, - un transfert à grande vitesse des charges vers la zone mémoire trame, par décalage dans des registres verticaux des zones interlignes, et - un transfert à fréquence ligne des charges de la zone mémoire trame vers le registre horizontal et décalage horizontal de ces charges pour lecture par l'étage de sortie. Tous ces transferts sont commandés par des électrodes de contrôle qui sont principalement les électrodes de commande du transfert des charges des pixels vers les zones interlignes et du transfert vertical vers la zone mémoire trame, les électrodes de commande du transfert vertical des charges dans la zone mémoire, et les électrodes de commande du transfert horizontal des charges vers l'étage de sortie. Les chronogrammes des signaux de commande des CCD FIT peuvent être consultés dans les documentations des constructeurs, qui proposent le choix entre le mode "frame" et le mode "field". Ces modes de fonctionnement habituels présentent l'inconvénient de toujours fournir deux trames entrelacées, ce qui peut poser plusieurs problèmes de traitement ultérieur, notamment en cas de traitement numérique ou informatique utilisant les propriétés spatio-temporelles des images de télévision. L'invention a pour but de pallier les inconvénients précités. A cet effet l'invention a pour objet un procédé d'adressage progressif d'un capteur à transfert de charges, interligne à transfert de trame comportant une zone photosensible couplée à une zone mémoire trame couplée elle-même à un registre horizontal, et consistant à transférer dans la zone photosensible les charges des pixels de la trame courante vers des zones mémoires interlignes puis vers la zone mémoire trame, ces transferts étant réalisés par l'intermédiaire d'une séquence déterminée de signaux de commande injectés respectivement sur chacune des zones du capteur par un jeu d'électrodes de commande, caractérisé en ce qu'il consiste à transférer les charges des pixels de la trame suivante vers les zones interlignes, la trame courante et la trame suivante étant alors sauvegardées quasiment au même instant, correspondant à la fin du transfert de toutes les charges des pixels de la trame suivante dans les zones interlignes, respectivement dans la zone mémoire trame et les zones interlignes pour former une image constituée de deux demi-images correspondant respectivement à la trame courante et à la trame suivante, et en ce qu'il consiste pour la lecture de ces deux demi-images, à transférer à la fréquence ligne les charges de la zone mémoire trame vers le registre horizontal et simultanément à décaler à la fréquence ligne les charges contenues dans les zones interlignes vers la zone mémoire trame. L'invention a pour principal avantage qu'elle permet d'utiliser des capteurs CCD dédiés à la télévision, donc peu chers, selon un mode d'adressage progressif. Pour cela le procédé selon l'invention modifie la séquence des signaux de commande du capteur CCD sans qu'il soit nécessaire de développer un capteur spécifique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui suit faite en référence aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une structure d'un CCD FIT adressé suivant le procédé selon l'invention, - la figure 2, un schéma illustrant le stockage de la première demi-image selon l'invention, - la figure 3, un schéma illustrant le stockage de la deuxième demi-image selon l'invention, et - la figure 4, un exemple de séquencement des signaux de commande. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une image de type "progressive" c'est-àdire une image où toutes les lignes de l'image sont présentes dans une même trame. Appliqué à la télévision conventionnelle, par exemple en télévision 625 lignes 50 Hz, cela conduit à une trame contenant 576 lignes d'informations prises quasiment au même moment contrairement au mode entrelacé qui fournit deux trames de 288 lignes chacune, chaque trame correspondant à une information prise à deux moments différents espacés de 20 ms. Avantageusement, la résolution verticale de la trame est doublée artificiellement sans pour autant changer de type de capteur. Le procédé selon l'invention repose essentiellement sur la disponibilité de deux zones mémoires nécessaires au stockage temporaire des charges créées par l'intégration. La première zone mémoire est la zone mémoire trame habituelle du CCD FIT, la seconde zone mémoire est constituée des zones interlignes et elle est utilisée dans ce mode de fonctionnement progressif comme une mémoire tampon pendant la durée d'une trame. La figure 1 illustre schématiquement la structure d'un CCD FIT utilisant le procédé selon l'invention ainsi que le trajet des charges à l'intérieur de chaque zone et entre chaque zone. Le CCD comporte une zone photosensible 1 couplée verticalement à une zone mémoire trame 2 elle-même couplée verticalement à un registre horizontal 3. La zone photosensible 1 comporte également des zones interlignes verticales 4i. La zone mémoire trame 2 est protégée de la lumière et présente le même nombre de pixels que la zone photosensible 1 associée à une trame. Le trajet des charges à l'intérieur de chaque zone est symbolisé par des flèches en traits interrompus. Chacune des zones 1, 2 et 3 du CCD est commandée respectivement par une série d'électrodes VAi, VBi et Hi permettant les différents transferts des charges jusqu'à un étage de sortie non représenté. Le procédé selon l'invention part de l'hypothèse où le mode d'intégration correspond au mode "field", il n'y a donc pas de sommation de pixels adjacents. Dans une première étape le procédé selon l'invention transfère les charges des pixels de la trame courante, vers les zones interlignes 4i à I'aide des électrodes VAi et permet d'obtenir l'équivalent d'une trame, au sens entrelacé. La deuxième étape du procédé selon l'invention transfère rapidement ces charges vers la zone mémoire trame 2 du CCD par l'intermédiaire des signaux de commande injectés sur les électrodes VAi et VBi . A ce moment une trame, au sens entrelacé, est sauvegardée dans la mémoire trame 2 du CCD. Il est à noter que le fonctionnement est jusqu'ici strictement identique au fonctionnement habituel d'un CCD FIT. Dans une troisième étape du procédé selon l'invention immédiatement après ce transfert rapide, le procédé selon l'invention transfère les charges des pixels de la trame suivante, vers les zones interlignes 4. A ce moment les trames courante et suivante, sont bien sauvegardées respectivement dans la mémoire trame 2 et dans les zones interlignes 4i. Ce point est fondamental car il signifie que tous les pixels ont été lus quasiment au même instant, sans sommation, et donc en ne mélangeant pas les informations des trames courante et suivante. Autrement dit les deux trames ont été sauvegardées quasiment au même moment correspondant à la fin du transfert de toutes les charges des pixels de la trame suivante dans les zones interlignes 4j, ce qui supprime le décalage temporel qui est normalement obligatoire dans le fonctionnement entrelacé habituel, et qui vaut 20 ms en télévision classique. Le procédé selon l'invention réalise donc une analyse d'images selon un principe progressif. Une image est constituée de deux demi-images qui sont constituées respectivement des trames courante et suivante. Le principe de stockage de la première demi-image et de la deuxième demiimage est respectivement illustré par la figure 2 et la figure 3 et sera décrit ultérieurement. Les deux demi-images contiennent des informations spatiales différentes, car les pixels n'ont pas été additionnés. Comme les deux demi-images ont été prises au même instant tout se passe comme si le procédé avait effectué une prise d'images contenant deux fois plus de lignes utiles. Dans une quatrième étape le procédé selon l'invention effectue la lecture de ces deux demi-images. Pour cela le procédé selon l'invention transfère à la fréquence ligne les charges de la zone mémoire trame 2, vers le registre horizontal 3 et décale simultanément à la fréquence ligne les charges contenues dans les zones interlignes 4j vers la zone mémoire trame 3. Tout se passe alors comme si toutes les charges descendaient d'un étage, soit d'une ligne vers le bas à chaque impulsion à la fréquence ligne. Le transfert dans le registre horizontal 3 se fait ensuite de façon habituelle vers l'étage de sortie. II y a par contre deux fois plus de lignes à transférer vers le registre horizontal 3 par rapport au fonctionnement habituel des CCD FIT, car il faut lire la totalité des lignes sauvegardées dans la mémoire trame 2 à laquelle se rajoute la totalité des lignes sauvegardées temporairement dans les zones interlignes 4i. La figure 2 illustre le cheminement des charges lors du stockage de la première demi-image et la figure 3 illustre le cheminement des charges lors du stockage de la deuxième demi-image. Les figures 2 et 3 illustrent également les trois premières étapes du procédé selon l'invention. Sur ces figures les éléments homologues à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes repères. Sur la figure 2 la trame courante est constituée des pixels impaires P1, P3...P(N-1). Ils sont représentés dans la partie gauche de la zone photosensible 1. Un premier transfert des charges des pixels de la trame courante est effectué horizontalement dans les zones interlignes verticales 4il la position de ces charges dans les zones interlignes 4j est repérée respectivement par DEPART P1 jusqu'à DEPART P (N-l). Un deuxième transfert s'effectue ensuite par un décalage vertical dans les registres verticaux des zones interlignes 4i pour aboutir aux positions d'arrivée dans la zone mémoire trame 2 respectivement repérées par ARRIVEE P1 jusqu'à ARRIVEE P(N-1). Chaque transfert horizontal puis vertical est effectué respectivement par l'intermédiaire de signaux de commande appliqués sur la première série d'électrodes VAi et sur la deuxième série d'électrodes VBi. A ce stade, la première demi-image constituée des pixels P1, P3,...P(N-1) est sauvegardée dans la zone mémoire trame 2. La figure 3 illustre le cheminement des charges lors du stockage de la deuxième demi-image. Le principe du transfert horizontal et vertical des charges des pixels dans la zone photosensible 1 est identique à celui utilisé pour le stockage de la première demi-image mais en prenant cette fois-ci les pixels P2 P4...P(N). La position des charges des pixels P2, P4 ..., PN est repérée respectivement dans les zones interlignes 4i par DEPART P2 jusqu'à DEPART PN. Les pixels correspondant à la première demi-image sont maintenant tous sauvegardés dans la zone mémoire trame 2 et les pixels correspondant à la deuxième demi-image sont sauvegardés dans les zones interlignes 4. La lecture des deux zones mémoires s'effectue ensuite simultanément en transférant à la fréquence lignes les charges de la zone mémoire trame 2 vers le registre horizontal 3 et à décaler à la même fréquence ligne les charges contenues dans les zones interlignes 4j vers la zone mémoire trame 2. La figure 4 illustre un exemple de séquencement d'un adressage progressif d'un CCD FIT selon l'invention. Ce séquencement est illustré sous la forme de plusieurs chronogrammes. Le premier chronogramme représente une séquence d'images en mode d'intégration lumineuse. Le deuxième chronogramme illustre le séquencement du transfert de la trame 1 vers les zones interlignes verticales 4j, ce transfert est synchrone à chaque fin d'images. Le troisième chronogramme correspond au transfert vertical c'est-à-dire au décalage des charges dans les registres verticaux des zones interlignes 4j et dure un nombre déterminé N/2 de lignes. Ce transfert est synchrone à la fin du transfert interligne. Le quatrième chronogramme correspond au transfert de la trame suivante vers les zones interlignes verticales 4i. Ce transfert est synchrone à la fin du transfert du troisième chronogramme. Le cinquième chronogramme correspond à la lecture simultanée de la zone mémoire trame 2 et des zones interlignes verticales 4i. Cette lecture est synchrone à l'issue du transfert du quatrième chronogramme, elle dure un nombre déterminé de N lignes. Les différents chronogrammes représentés sur la figure 4 ne sont pas à l'échelle. En fait le transfert correspondant au troisième chronogramme et durant N/2 lignes, dure environ 1/300e du temps total nécessaire à la formation d'une image. REVENDICATIONS 1. Procédé d'adressage progressif d'un capteur à transfert de charges, interligne à transfert de trame, comportant une zone photosensible (1) couplée à une zone mémoire trame (2) couplée elle-même à un registre horizontal (3), et consistant à transférer dans la zone photosensible (1) les charges des pixels de la trame courante vers des zones mémoires interlignes (4i) puis vers la zone mémoire trame (2), ces transferts étant réalisés par l'intermédiaire d'une séquence déterminée de signaux de commande injectés respectivement sur chacune des zones du capteur par un jeu d'électrodes de commande (VAi, VBi, Hi), caractérisé en ce qu'il consiste à transférer les charges des pixels de la trame suivante vers les zones interlignes (4i), la trame courante et la trame suivante étant alors sauvegardées quasiment au même instant, correspondant à la fin du transfert de toutes les charges des pixels de la trame suivante dans les zones interlignes (4i), respectivement dans la zone mémoire trame (2) et les zones interlignes (4i) pour former une image constituée de deux demiimages correspondant respectivement à la trame courante et à la trame suivante, et en ce qu'il consiste pour la lecture de ces deux demi-images, à transférer à la fréquence ligne les charges de la zone mémoire trame (2) vers le registre horizontal (3) et simultanément à décaler à la fréquence ligne les charges contenues dans les zones interlignes (4i) vers la zone mémoire trame (2). 2. Dispositif de prise de vue, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur à transfert de charge, interligne à transfert de trame, adressé selon le procédé de la revendication 1.