Brevet FR2788188A1 — publié le 20000707

La présente invention concerne un capteur d'images et, plus particulièrement, un dispositif et un procédé de détection et de correction de pixels défectueux dans ce capteur d'images. D'une manière générale, un capteur d'images est un appareil qui capte des images à l'aide de matériaux semi-conducteurs sensibles à la lumière. Etant donné que la luminosité et la longueur d'onde de la lumière provenant d'un objet ont des valeurs différentes en fonction de la surface de réflexion, les signaux électriques émis par les pixels diffèrent entre eux. Ces signaux électriques sont convertis en signaux numériques qui peuvent être traités dans un circuit numérique, à l'aide d'un convertisseur analogique/numérique. Ainsi, le capteur d'images a besoin, entre autres, d'une matrice de pixels comportant plusieurs pixels, d'un convertisseur analogique/numérique pour convertir des signaux de tension analogiques fournis en sortie par la matrice de pixels en signaux de tension numériques, et de plusieurs dispositifs de stockage. Etant donné que le capteur d'images nécessite plusieurs dispositifs, tels que des pixels et des convertisseurs, ceux-ci sont toujours susceptibles de comporter des défauts lors de la fabrication du capteur d'images. Les défauts peuvent se présenter sous la forme de points et de lignes sur un dispositif d'affichage. En outre, si un capteur d'images comportant des défauts partiels est considéré comme un appareil défectueux, son rendement peut être considérablement réduit. La présente invention a par conséquent pour but de proposer un dispositif et un procédé de détection et de correction de pixels défectueux dans un capteur d'images, pour ainsi améliorer le rendement de l'appareil. Selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de détection et de correction d'un pixel défectueux dans un capteur d'images comprenant M(rangées) x N(colonnes) pixels élémentaires, M et N étant des nombres entiers positifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: a) balayer électriquement des charges photoélectriques générées à partir de pixels élémentaires d'une première rangée pendant un premier temps d'intégration et stocker une première donnée correspondant aux charges photoélectriques; b) balayer électriquement des charges photoélectriques générées à partir des pixels élémentaires de la première rangée pendant un second temps d'intégration et stocker une seconde donnée correspondant aux charges photoélectriques; c) comparer la première donnée et la seconde donnée l'une avec l'autre et, si la première donnée est différente de la seconde, générer un signal d'erreur, puis stocker une adresse correspondante du pixel élémentaire comme adresse de pixel défectueux; d) répéter les étapes a) à c) jusqu'à une Mième rangée en augmentant une adresse de un en un; et e) comparer une adresse d'un pixel élémentaire à lire avec l'adresse du pixel défectueux et, si l'adresse du pixel élémentaire est égale à l'adresse du pixel défectueux, effectuer une opération de correction pour générer une donnée corrigée. Conformément à une caractéristique particulière du procédé de l'invention, chacun des pixels élémentaires peut comprendre: un moyen capteur de lumière destiné à capter une image et à générer des charges photoélectriques; un moyen amplificateur destiné à amplifier le signal d'entrée pour fournir en sortie un signal amplifié; un premier moyen commutateur destiné à transférer les charges photoélectriques provenant du moyen capteur de lumière comme signal d'entrée au moyen amplificateur; un second moyen commutateur destiné à transférer un niveau de tension de remise à l'état initial à partir d'une source de tension au moyen capteur de lumière et au moyen amplificateur; et un troisième moyen commutateur destiné à fournir en sortie le signal amplifié et le niveau de tension de remise à l'état initial comme signaux de sortie du pixel élémentaire. Conformément à une autre caractéristique de la présente invention, l'étape a) du procédé peut comprendre les étapes qui consistent à: al) activer le premier moyen commutateur et le second moyen commutateur sur la première rangée, afin d'effectuer une première opération de remise à l'état initial; a2) désactiver le premier moyen commutateur pendant le premier temps d'intégration, pour ainsi générer des charges photoélectriques; et a3) activer le premier moyen commutateur et désactiver le second moyen commutateur, afin de balayer et de stocker la première donnée. Conformément à une caractéristique supplémentaire de la présente invention, l'étape b) du procédé peut comprendre les étapes qui consistent à: bl) activer les premier et second moyens commutateurs sur la première rangée; b2) désactiver le premier moyen commutateur pendant le second temps d'intégration, pour ainsi générer des charges photoélectriques; et b3) activer le premier moyen commutateur et désactiver le second moyen commutateur pour balayer et stocker la seconde donnée. Conformément à une caractéristique additionnelle de la présente invention, le second temps d'intégration peut être plus long ou plus court que le premier temps d'intégration. Conformément à d'autres caractéristiques de l'invention, l'élément capteur de lumière peut être une photodiode et le premier moyen commutateur, le second moyen commutateur, le troisième moyen commutateur et le moyen amplificateur peuvent être respectivement des transistors métal-oxyde-semiconducteur à canal N/(NMOS). Selon un second aspect de la présente invention, il est proposé un dispositif de détection et de correction d'un pixel défectueux dans un capteur d'images comportant une matrice de pixels, matrice de pixels qui comprend M(rangées) x N(colonnes)/pixels élémentaires, caractérisé en ce qu'il comprend: des pixels élémentaires commandés par une adresse d'intégration et une adresse de balayage pour recevoir des premier et second temps d'intégration et une valeur critique en réponse à un signal de validation en mode de détection de pixel défectueux afin de générer une première donnée et une seconde donnée à partir de pixels élémentaires respectifs correspondant à l'adresse d'intégration et à l'adresse de balayage en fonction respectivement des premier et second temps d'intégration; un moyen détecteur de pixel défectueux destiné à comparer la valeur critique avec une différence entre une première donnée et une seconde donnée pour générer un signal d'erreur dans le cas o la différence est inférieure à la valeur critique, et à fournir en sortie l'adresse d'intégration, l'adresse de balayage et l'adresse de colonne d'un pixel élémentaire correspondant; un moyen de stockage d'adresse de pixel défectueux destiné à stocker l'adresse de pixel défectueux en réponse au signal d'erreur, et à comparer l'adresse d'intégration, l'adresse de balayage et l'adresse de colonne avec l'adresse de pixel défectueux pour générer un signal de détection de pixel défectueux; et un moyen de correction de pixel défectueux destiné à corriger la première donnée et la seconde donnée du pixel défectueux en réponse au signal de détection de pixel défectueux pour générer respectivement une première donnée corrigée et une seconde donnée corrigée. A titre de caractéristique supplémentaire, le moyen de stockage d'adresse de pixel défectueux peut être une mémoire adressable par le contenu et les première et seconde données corrigées peuvent être des valeurs d'un pixel élémentaire précédent. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortira plus clairement de la description détaillée suivante de modes de réalisation donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un capteur d'images CMOS comportant une unité de détection et de correction de pixel défectueux selon la présente invention; la figure 2 est un diagramme expliquant le fonctionnement d'un comparateur et d'un double tampon visibles sur la figure 1; la figure 3 est un diagramme schématique d'un pixel élémentaire; la figure 4 est un organigramme d'un procédé de détection d'un pixel défectueux, mis en oeuvre dans l'unité de détection et de correction de pixel défectueux de la figure 1; et la figure 5 est un schéma fonctionnel de l'unité de détection et de correction de pixel défectueux de la figure 1, selon la présente invention. En référence aux dessins et tout d'abord à la figure 1, un capteur d'images à transistors métal-oxyde- semiconducteur complémentaires (CMOS) selon la présente invention comprend une unité de commande et d'interface système 10 destinée à commander le capteur d'images et à servir d'interface avec un système extérieur. Une matrice de pixels 20 comportant M x N éléments d'image ou pixels convertit des charges photoélectriques correspondant à une image captée en un signal analogique. Un convertisseur 30 convertit le signal analogique provenant de la matrice de pixels 20 en un signal numérique. Un générateur de tension en rampe 31 génère une tension de référence qui diminue linéairement en fonction de signaux d'horloge, et un comparateur 32 compare la tension de référence avec le signal analogique provenant de la matrice de pixels 20 et fournit en sortie un signal de validation d'écriture, tandis qu'un double tampon 40 stocke les valeurs d'image numérisées en réponse au signal de validation d'écriture fourni par le comparateur 32. Le capteur d'images CMOS comprend, en outre, une unité de détection et de correction de pixel défectueux 50 destinée à détecter un pixel défectueux et à fournir en sortie à l'unité de commande et d'interface système 10 des données corrigées en réponse à un signal de commande. Pour un fonctionnement complet du capteur d'images CMOS, un registre séquentiel est programmé par l'intermédiaire d'une interface de programmation par un système extérieur pour ordonner au capteur d'images d'exécuter une opération voulue. Conformément à l'instruction programmée, l'unité de commande et d'interface système 10 commande la matrice de pixels 20 pour que des valeurs de pixels respectives soient lues ligne par ligne. En référence à la figure 2, le comparateur 32 compare la valeur de pixel provenant de la matrice de pixels 20 avec la tension de référence fournie par le générateur de tension en rampe 31, et le signal résultant est utilisé comme signal de validation d'écriture du double tampon 40. Précisément, si la tension de référence est supérieure à la valeur de pixel obtenue en sortie de la matrice de pixels, le signal de validation d'écriture est activé et une valeur de compteur issue de l'unité de commande et d'interface système 10 est inscrite dans le double tampon 40. Puis, la tension de référence est réduite d'un niveau prédéterminé et la tension de référence réduite est à nouveau comparée avec la valeur de pixel. Grâce à la répétition de ce processus à chaque signal d'horloge, le signal de validation d'écriture est désactivé pendant une période au cours de laquelle la tension de référence est inférieure à la valeur de pixel, ce qui a pour effet de stopper l'opération d'écriture du double tampon 40. Une valeur de comptage inscrite dans le double tampon 40 juste avant que le signal de validation d'écriture ne soit désactivé est une valeur numérisée correspondant à la valeur de pixel provenant de la matrice de pixels 20. Dans ce cas, pour effectuer une opération qui consiste à convertir le signal analogique en signal numérisé par une méthode à chevauchement ou en pipeline, le double tampon 40 est nécessaire. D'autre part, l'unité de détection et de correction de pixel défectueux 50 reçoit des données stockées dans le double tampon 40 et corrige de manière appropriée les données en fonction d'une valeur d'un registre de détection de défaut et d'une valeur de mode de sortie de l'unité de commande et d'interface système 10. Puis, les données sont transférées à l'unité de commande et d'interface de système 10 et fournies en sortie à un système extérieur en fonction d'un mode de sortie. En référence à la figure 3, le pixel élémentaire de la matrice de pixels comprend une photodiode 60 destinée à générer des charges photoélectriques, un transistor de transfert MT destiné, en réponse à un signal de commande de transfert Tx, à transférer les charges photoélectriques à un noeud capteur Na, un transistor de remise à l'état initial MR destiné, en réponse à un signal de commande de remise à l'état initial Rx, à remettre à l'état initial la photodiode 60 et à transférer un niveau de tension de remise à l'état initial au noeud capteur Na en vue d'une opération de double échantillonnage à corrélation (CDS), et un tampon 70 destiné à fournir en sortie un niveau de tension du noeud capteur Na comme valeur de pixel. Le fonctionnement du pixel élémentaire va maintenant être décrit en référence à la figure 3. Tout d'abord, la photodiode 60 est initialisée par mise à un niveau haut du signal de commande de remise à l'état initial Rx et du signal de commande de transfert Tx. Puis, le transistor de transfert MT est désactivé afin que les charges photoélectriques soient générées dans la photodiode 60. Le transistor de transfert MT est ensuite activé et la valeur de pixel correspondant aux charges photoélectriques est lue par l'intermédiaire du tampon 70. Dans ce cas, le nombre des charges photoélectriques est proportionnel au nombre des photons fournis en entrée et à la période de temps pendant laquelle le transistor de transfert MT est maintenu à l'état désactivé. Par conséquent, dans le cas o une image est captée dans un endroit sombre, le transistor de transfert MT doit être maintenu à l'état désactivé pendant une longue période, tandis que dans le cas o une image est captée dans un endroit lumineux, le transistor de transfert MT doit être maintenu à l'état désactivé pendant une courte période. La période de temps pendant laquelle le transistor de transfert MT est maintenu à l'état désactivé est appelée un temps d'exposition ou un temps d'intégration. Pendant ce temps, à l'aide d'une adresse d'intégration et d'une adresse de balayage semblables à une adresse inférieure dans le capteur d'images, un accès est effectué à la matrice de pixels 20 ligne par ligne et les données ayant fait l'objet d'un accès sont stockées dans le double tampon 40. Puis, les données respectives sont fournies en sortie comme valeur de pixel en réponse à une adresse de colonne. Ici, le transistor de transfert MT est désactivé en fonction de l'adresse d'intégration, pour que la photodiode 60 commence à générer les charges photoélectriques. De plus, la position des pixels élémentaires respectifs peut être déterminée grâce à l'adresse de balayage et à l'adresse de colonne. Dans le cas d'un pixel normal, la valeur de pixel correspondante peut varier en raison d'une différence du nombre des charges photoélectriques en fonction du temps d'intégration. En revanche, dans le cas d'un pixel défectueux, une différence de temps d'exposition ne se traduit pas par une différence de valeur du pixel. L'unité de détection et de correction de pixel défectueux 50 détecte un pixel défectueux par une application différente d'un temps d'intégration. En référence à la figure 4 qui représente un organigramme d'un procédé de détection d'un pixel défectueux selon la présente invention, la détection de défaut commence à l'étape 80 en ce qui concerne des pixels élémentaires correspondant à une adresse de ligne 0 de la matrice de pixels 20. Au cours de l'étape 90, une première opération de remise à l'état initial est effectuée par activation du transistor de remise à l'état initial MR et du transistor de transfert MT des pixels élémentaires d'une première ligne. Au cours de l'étape 100, la photodiode 60 génère les charges photoélectriques pendant un premier temps d'intégration par désactivation du transistor de transfert MT. Au cours de l'étape 110, les charges photoélectriques générées sont balayées électriquement, après quoi la première donnée balayée est stockée dans l'un des deux tampons 40. Puis, au cours de l'étape 120, une seconde opération de remise à l'état initial est effectuée par activation du transistor de remise à l'état initial MR et du transistor de transfert MT de pixels élémentaires de la première ligne. Au cours de l'étape 130, la photodiode 60 génère les charges photoélectriques pendant un second temps d'intégration qui est plus long que le premier temps d'exposition. Au cours de l'étape , les charges photoélectriques générées sont balayées électriquement, après quoi la seconde donnée balayée est stockée dans l'autre des deux tampons 40. La première donnée balayée est ensuite comparée, au cours de l'étape 150, avec la seconde donnée balayée. Par conséquent, dans le cas o il existe une différence entre les première et seconde données balayées, le pixel est considéré comme normal, de sorte que le traitement continue à l'étape suivante 170. Toutefois, dans le cas o il n'y a pas de différence entre les première et I seconde données balayées, le pixel correspondant est considéré comme défectueux et, au cours de l'étape 160, un signal d'erreur est fourni en sortie. Puis, au cours de l'étape 170, un contrôle est effectué pour vérifier si une colonne en cours est ou non la dernière des colonnes de la première ligne. Dans le cas o la colonne en cours n'est pas la dernière des colonnes, l'étape 150 est répétée afin que des valeurs d'un pixel élémentaire suivant soient comparées. Toutefois, dans le cas o la colonne en cours est la dernière des colonnes, un contrôle est effectué à l'étape 180 pour savoir si la ligne en cours est la dernière des lignes de l'image complète en cours. Si la ligne en cours est la dernière, l'opération de détection de pixels défectueux est stoppée. Si, toutefois, la ligne en cours n'est pas la dernière, l'adresse de ligne est augmentée de un au cours de l'étape 190, après quoi les étapes allant de l'étape 90 à l'étape 170 sont répétées. En référence maintenant à la figure 5, l'unité de détection et de correction de pixel défectueux 50 comprend une unité de détection de pixel défectueux 501, une unité de stockage d'adresse de pixel défectueux 502 du type à mémoire adressable par le contenu (CAM), et une unité de correction de pixel défectueux 503. En mode de détection de pixel défectueux, la matrice de pixels 20 reçoit des premier et second temps d'intégration et une valeur critique en réponse à un signal de validation utilisé pour une détection de pixel défectueux, et est commandée par une adresse d'intégration, une adresse de balayage et une adresse de colonne. Dans ce cas, les premier et second temps d'intégration et la valeur critique peuvent être programmés par un utilisateur. En conséquence, une première donnée et une seconde donnée sont fournies en sortie à partir d'un pixel élémentaire correspondant à l'adresse d'intégration et à l'adresse de balayage en fonction respectivement des premier et second temps d'intégration. Puis, l'unité de détection de pixel défectueux 501 compare la valeur critique avec une différence entre la première donnée et la seconde donnée. Dans le cas o la différence est inférieure à la valeur critique, l'unité de détection de pixel défectueux 501 génère un signal d'erreur et fournit en sortie à l'unité de stockage d'adresse de pixel défectueux 502 l'adresse d'intégration et l'adresse de balayage ainsi que l'adresse de colonne du pixel défectueux correspondant, comme adresse de pixel défectueux. L'unité de stockage d'adresse de pixel défectueux 502 stocke l'adresse de pixel défectueux en réponse au signal d'erreur et compare l'adresse d'intégration, l'adresse de balayage et l'adresse de colonne qui sont fournies en entrée en mode normal, avec l'adresse du pixel défectueux afin de générer un signal de détection de pixel défectueux. L'unité de correction de pixel défectueux 503 corrige les première et seconde données du pixel défectueux en réponse au signal de détection de pixel défectueux afin de générer respectivement une première donnée corrigée et une seconde donnée corrigée. Précisément, dans le cas o un pixel élémentaire défectueux est détecté, l'unité de correction de pixel défectueux 503 génère des valeurs d'un pixel élémentaire précédent comme première et seconde données corrigées. Une fois terminée une opération de détection de pixel défectueux, l'unité de détection de pixel défectueux 501 adresse un signal de fin à l'unité de commande et d'interface système 10. Dans le cas du procédé de double échantillonnage à corrélation (CDS), les première et seconde données fournies en entrée à l'unité de correction de pixel défectueux 503 correspondent respectivement à la donnée de référence et à la donnée réelle. Bien que la description précédente ait porté uniquement sur certains modes de réalisation de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection et de correction d'un pixel défectueux dans un capteur d'images comprenant M(rangées) x N(colonnes) pixels élémentaires, M et N étant des nombres entiers positifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: a) balayer électriquement des charges photoélectriques générées à partir de pixels élémentaires d'une première rangée pendant un premier temps d'intégration et stocker une première donnée correspondant aux charges photoélectriques; b) balayer électriquement des charges photoélectriques générées à partir des pixels élémentaires de la première rangée pendant un second temps d'intégration et stocker une seconde donnée correspondant aux charges photoélectriques; c) comparer la première donnée et la seconde donnée l'une avec l'autre et, si la première donnée est différente de la seconde, générer un signal d'erreur, puis stocker une adresse correspondante du pixel élémentaire comme adresse de pixel défectueux; d) répéter les étapes a) à c) jusqu'à une Mième rangée en augmentant une adresse de un en un; et e) comparer une adresse d'un pixel élémentaire à lire avec l'adresse du pixel défectueux et, si l'adresse du pixel élémentaire est égale à l'adresse du pixel défectueux, effectuer une opération de correction pour générer une donnée corrigée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des pixels élémentaires comprend: un moyen capteur de lumière (60) destiné à capter une image et à générer des charges photoélectriques; un moyen amplificateur (Na) destiné à amplifier le signal d'entrée pour fournir en sortie un signal amplifié; un premier moyen commutateur (MT) destiné à transférer les charges photoélectriques provenant du moyen capteur de lumière (60) comme signal d'entrée au moyen amplificateur (Na); un second moyen commutateur (MR) destiné à transférer un niveau de tension de remise à l'état initial à partir d'une source de tension au moyen capteur de lumière (60) et au moyen amplificateur (Na); et un troisième moyen commutateur (70) destiné à fournir en sortie le signal amplifié et le niveau de tension de remise à l'état initial comme signaux de sortie du pixel élémentaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape a) comprend les étapes qui consistent à: al) activer le premier moyen commutateur (MT) et le second moyen commutateur (MR) sur la première rangée, afin d'effectuer une première opération de remise à l'état initial; a2) désactiver le premier moyen commutateur (MT) pendant le premier temps d'intégration, pour ainsi générer des charges photoélectriques; et a3) activer le premier moyen commutateur (MT) et désactiver le second moyen commutateur (MR), afin de balayer et de stocker la première donnée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape b) comprend les étapes qui consistent à: bl) activer les premier et second moyens commutateurs (MT, MR) sur la première rangée; b2) désactiver le premier moyen commutateur (MT) pendant le second temps d'intégration, pour ainsi générer des charges photoélectriques; et b3) activer le premier moyen commutateur (MT) et désactiver le second moyen commutateur (MR) pour balayer et stocker la seconde donnée. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second temps d'intégration est plus long que le premier temps d'intégration. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier temps d'intégration est plus long que le second temps d'intégration. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément capteur de lumière est une photodiode (60). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier moyen commutateur (MT) est un transistor métal-oxyde-semiconducteur à canal N (NMOS). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second moyen commutateur (MR) est un transistor NMOS. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le troisième moyen commutateur (70) est un transistor NMOS. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen amplificateur (Na) est un transistor NMOS. 12. Dispositif de détection et de correction d'un pixel défectueux dans un capteur d'images comportant une matrice de pixels (20), matrice de pixels (20) qui comprend M(rangées) x N(colonnes) pixels élémentaires, caractérisé en ce qu'il comprend: des pixels élémentaires commandés par une adresse d'intégration et une adresse de balayage pour recevoir des premier et second temps d'intégration et une valeur critique en réponse à un signal de validation en mode de détection de pixel défectueux afin de générer une première donnée et une seconde donnée à partir de pixels élémentaires respectifs correspondant à l'adresse d'intégration et à l'adresse de balayage en fonction respectivement des premier et second temps d'intégration; un moyen détecteur de pixel défectueux (501) destiné à comparer la valeur critique avec une différence entre une première donnée et une seconde donnée pour générer un signal d'erreur dans le cas o la différence est inférieure à la valeur critique, et à fournir en sortie l'adresse d'intégration, l'adresse de balayage et l'adresse de colonne d'un pixel élémentaire correspondant; un moyen de stockage d'adresse de pixel défectueux (502) destiné à stocker l'adresse de pixel défectueux en réponse au signal d'erreur, et à comparer l'adresse d'intégration, l'adresse de balayage et l'adresse de colonne avec l'adresse de pixel défectueux pour générer un signal de détection de pixel défectueux; et un moyen de correction de pixel défectueux (503) destiné à corriger la première donnée et la seconde donnée du pixel défectueux en réponse au signal de détection de pixel défectueux pour générer respectivement une première donnée corrigée et une seconde donnée corrigée. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de stockage d'adresse de pixel défectueux (502) est une mémoire adressable par le contenu. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les première et seconde données corrigées sont des valeurs d'un pixel élémentaire précédent.