Brevet FR3090257A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Procédé de capture d'images adapté aux sources lumineuses scintillantes et capteur d'images [0001] Des modes de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention concernent l'imagerie, et plus particulièrement l'atténuation de l'effet de scintillement (« flickering effect » en anglais). [0002] Un capteur d'image comporte classiquement une matrice de pixels comportant chacun une photodiode et un circuit de commande adapté à fournir un signal de sortie représentatif du niveau d'éclairement reçu par sa photodiode. Un tel capteur permet d'acquérir une image discrétisée et numérisée d'une scène (ou image numérique). Un tel capteur ne peut toutefois discriminer qu'un nombre fini dc niveaux d'éclairement reçu par chaque photodiode. Il n'est donc pas toujours possible de capturer la totalité de la gamme d'éclairement disponible dans une scène. [0003] Un problème qui se pose est que certaines scènes comportent des sources lumineuses clignotantes, par exemple des éclairages ou des feux dc signalisation à diodes électroluminescentes pulsées (LED pour « Light Emitting Diode »). Ces sources lumineuses s'allument et s'éteignent à des fréquences relativement élevées, typiquement de l'ordre de 50 1-1z à 21cHz, avec des rapports cycliques d'allumage (période allumée sur période éteinte) pouvant être relativement faibles, par exemple de l'ordre de 0.05 à 0.5. [0004] Dans dc nombreuses situations, il existe un risque que la lumière émise par de telles sources ne soit pas détectée ou soit incorrectement détectée par le capteur. La scène acquise est donc fortement contrastée et présente des bandes noires horizontales caractéristiques de l'effet de scintillement. [0005] Cette problématique se pose tout particulièrement dans le domaine des capteurs d'images embarqués dans des véhicules automobiles pour analyser l'environnement des véhicules. Ces environnements sont susceptibles dc comporter des sources lumineuses clignotantes. [0006] Pour diminuer l'effet dc scintillement, une solution consiste à ajuster la période d'exposition à un multiple dc la période de la LED. [0007] Par « période d'exposition » appelé aussi le temps de pose, on entend l'intervalle de temps entre le premier et le deuxième instant d'acquisition, par le capteur, de la lumière émise par une source lumineuse, pour chaque pixel. [0008] Or, les diodes électroluminescentes pulsées n'ont pas une fréquence standardisée et fixe. Cela peut typiquement varier de 80 Hz à 500 Hz, ce qui rend par conséquent l'ajustement difficile à réaliser [0009] Il existe donc un besoin de proposer une nouvelle méthode d'acquisition dudit signal 2 de sortie représentatif du niveau d'éclairement reçu par la photodiode, non basée sur la connaissance ou la détection de la fréquence de la LED. [0010] Selon des modes de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé de répondre à ce besoin avec une solution simple à mettre en oeuvre basée sur une variation progressive de la valeur de la sensibilité de la photodiode. [0011] Par « sensibilité de la photodiode », on entend le nombre d'électrons que la photodiode génère par photon incident. [0012] Par « variation progressive », on entend par exemple une variation par pas. [0013] Selon un aspect, il est proposé un procédé de capture d'images d'une scène par des pixels d'un capteur en présence d'une source de lumière scintillante, comprenant pour chaque pixel une acquisition d'une valeur représentative du niveau d'éclairement d'au moins une photodiode du pixel, ladite acquisition comprenant au moins une variation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0014] La variation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins photodiode permet d'intégrer progressivement la lumière diminuant ainsi l'effet de scintillement. Cela permet d'atténuer la différence entre les intensités de lumière intégrées par les pixels. [0015] Selon un mode de mise en oeuvre, ladite au moins une variation progressive comprend : [0016] une augmentation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode jusqu'à l'atteinte d'une valeur seuil et, [0017] une diminution progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode depuis ladite valeur seuil. [0018] L'augmentation et la diminution progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode permettent de créer un phénomène de transition continu atténuant considérablement l'effet de scintillement. [0019] Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre une stabilisation de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode à ladite valeur seuil après ladite augmentation progressive et avant ladite diminution progressive. [0020] La stabilisation de la valeur de la sensibilité peut éventuellement être une étape fa- cultative. [0021] Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre un ajustement de la durée de ladite au moins une variation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0022] Ladite durée est strictement supérieure à 0 et peut atteindre la moitié de la période d'exposition de ladite au moins une photodiode. [0023] Selon un mode de mise en oeuvre, ladite acquisition étant réalisée pendant une période d'intégration découpée en une pluralité de sous-périodes disjointes, ladite au 3 moins une variation progressive comprend au moins une variation progressive de la durée entre chaque sous-période. [0024] La « période d'intégration » permet d'acquérir pendant une durée donnée ladite valeur représentative du niveau d'éclairement de ladite au moins une photodiode. [0025] La variation de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode dépend de la variation de la durée entre chaque sous-période. [0026] Le principe et les avantages des sous-périodes disjointes sont décrits dans la demande de brevet français publiée sous le n°3042912. [0027] Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre un ajustement progressif de la durée de chaque sous-période. [0028] En augmentant la durée de chaque sous-période, on augmente la valeur de la sen- sibilité de ladite au moins une photodiode. Réciproquement, en diminuant la durée de chaque sous-période, on diminue la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0029] La durée de chaque sous-période est ajustablc selon les limites technologiques du pixel. Elle peut être par exemple entre 5 Fis et 160 Fis. [0030] Selon un mode de mise en oeuvre, ladite au moins une variation progressive de la durée entre chaque sous-période comprend : une diminution progressive de la durée entre chaque sous-période pour augmenter progressivement la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode ; [0031] une augmentation progressive de la durée entre chaque sous-période pour diminuer progressivement la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0032] En d'autres termes, pour créer ledit phénomène de transition continue, la durée entre chaque sous-période doit diminuer progressivement pour rapprocher les sous-périodes entre elles et ainsi faire augmenter la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. Réciproquement, la durée entre chaque sous-période doit ensuite augmenter progressivement pour éloigner les sous-périodes et ainsi faire diminuer la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0033] Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre un ajustement de la période d'exposition en fonction de la fréquence de ladite source de lumière scintillante. [0034] Ledit ajustement est réalisé en fonction de la fréquence de ladite source de lumière connue ou estimée. [0035] En ajustant la période d'exposition, le capteur d'image est plus robuste et plus tolérant aux erreurs par exemple les déviations, entre la fréquence estimée ou connue de ladite source de lumière et la fréquence réelle de la source. [0036] Selon un autre aspect, il est proposé un capteur d'image configuré pour capturer des images d'une scène, comprenant des pixels comportant chacun au moins une photodiode, et des moyens d'acquisition configurés pour acquérir pour chaque pixel, en présence d'une source de lumière scintillante, une valeur représentative du niveau d'éclairement d'au moins une photodiode, lesdits moyens d'acquisition comprenant des moyens de contrôle configurés pour réaliser au moins une variation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0037] Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle sont configurés pour : - augmenter progressivement la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode jusqu'à l'atteinte d'une valeur seuil et, - diminuer progressivement la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode depuis ladite valeur seuil. [0038] Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle sont configurés en outre pour stabiliser la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode à ladite valeur seuil après ladite augmentation progressive et avant ladite diminution progressive. [0039] Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle sont configurés en outre pour ajuster la durée de ladite au moins une variation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0040] Selon un mode de réalisation, les moyens d'acquisition sont configurés pour acquérir ladite valeur représentative pendant une période d'intégration découpée en une pluralité de sous-périodes disjointes, et dans lequel les moyens de contrôle sont configurés pour réaliser au moins une variation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode sont également configurés pour réaliser une variation progressive de la durée entre chaque sous-période. [0041] Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle sont configurés en outre pour ajuster progressivement la durée de chaque sous-période. [0042] En augmentant la durée de chaque sous-période, on augmente la valeur de la sen- sibilité de ladite au moins une photodiode. Réciproquement, en diminuant la durée de chaque sous-période, on diminue la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0043] Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle sont configurés pour : - diminuer progressivement la durée entre chaque sous-période lors de l'augmentation progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode ; - augmenter progressivement la durée entre chaque sous-période lors de la diminution progressive de la valeur de la sensibilité de ladite au moins une photodiode. [0044] Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle sont configurés pour ajuster une période d'exposition en fonction de la fréquence de ladite source de lumière scintillante. [0045] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : [0046] [fig.1] illustre schématiquement un mode de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention. [0047] [fig.2] illustre schématiquement un mode de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention. [0048] [fig.3] illustre schématiquement un mode de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention. [0049] [fig.4] illustre schématiquement un mode de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention. [0050] La figure 1 illustre schématiquement un exemple de capteur d'image CA configure pour capturer des images d'une scène éclairée par une source de lumière scintillante SC. [0051] Le capteur d'image CA comprend une matrice de pixels dans laquelle chaque pixel comporte au moins une photodiode PH1 configuree pour envoyer à des moyens d'acquisition MA une valeur représentative de son niveau d'éclairement via un signal SIG1. [0052] En d'autres termes, chaque photodiode, en présence de la source lumineuse SC transforme le rayonnement reçu par la source de lumière scintillante SC en un signal 5I01 correspondant à ladite valeur représentative du niveau d'éclairement de ladite au moins une photodiode PHI. [0053] Les moyens d'acquisition MA sont, dans cet exemple, couplés à un détecteur de fréquence DE configure pour acquérir la fréquence de ladite lumière scintillante SC par exemple une diode électroluminescente pulsée (LED pour « Light Emitting Diode »). [0054] Lesdits moyens d'acquisition MA comprennent des moyens de contrôle MC couplés à un module MO et configurés pour envoyer des signaux de contrôle SI02 audit module MO lequel est configure pour diminuer progressivement, augmenter progressivement ou stabiliser la sensibilité de ladite au moins une photodiode PHI dans le but d'obtenir un phénomène de transition continu atténuant considérablement l'effet de scintillement produit par ladite lumière SC. Pour ce faire, on a illustré sur la figure 2 le principe permettant de se rapprocher dudit phénomène. [0055] Sur la figure 2, la référence TIN désigne une période d'exposition. [0056] Par « période d'exposition », on entend l'intervalle de temps entre le début et à la fin de la période d'intégration TL de la lumière pour un pixel ou un ensemble de pixels. Ladite période d'intégration TL peut être continue ou discontinue comme décrit dans la demande de brevet français publiée sous le n°3042912. [0057] Ladite période d'exposition TIN est divisée en une pluralité de premières sous-périodes d'exposition disjointes SP1 ayant une durée Tm et séparées par des deuxièmes sous- 6 périodes d'exposition disjointes SP2 ayant une durée TE. [0058] En d'autres termes, chaque première sous-période SPI est séparée d'une deuxième sous-période SP2. [0059] A la fin d'une première sous-période d'exposition SPI, une première valeur repré- sentative du niveau d'éclairement de ladite au moins une photodiode PH1 est lue et mémorisée, et ladite au moins une photodiode PHI est réinitialisée pendant la durée TB de la deuxième sous-période SP2 et cela avant le début d'une autre première sous-période d'exposition SPI. [0060] A la fin de cette sous-période d'exposition SPI, la valeur représentative du niveau d'éclairement de ladite au moins une photodiode PHI est lue et additionnée à la valeur de la sous-période d'exposition SP1 précédemment mémorisée. [0061] Ce procédé est répété pour chaque première sous-période d'exposition SPI. [0062] A la fin de la dernière première sous-période d'exposition SPI, la valeur accumulée sur toutes les premières sous-périodes SPI représente le niveau d'éclairement de ladite au moins une photodiode PHI sur cc temps cumulé. Elle sera envoyée aux moyens d'acquisition MA. [0063] Les durées Tm des premières sous-périodes SPI et les durées TE des deuxièmes sous- périodes SP2 peuvent varier d'une période d'exposition à une autre selon les conditions de luminosité ambiante, étant entendu que la somme des durées Tm et TE des premières et deuxièmes sous-périodes SPI et 5P2 est toujours inférieure ou égale à la durée de la période d'exposition TB, qui est généralement constante. Elle peut également varier en utilisant par exemple un algorithme d'auto-exposition connu par l'homme du métier. [0064] Ainsi, plus les durées TH des deuxièmes sous-périodes SP2 sont longues, plus les durées T, des premières sous-périodes SPI sont espacées et donc de densité faible. Réciproquement, plus les durées TE des deuxièmes sous-périodes SP2 sont courtes, plus les durées Tm des premières sous-périodes SPI sont proches, ce qui est représentatif d'une forte densité. [0065] Les durées Tmdes premières sous-périodes SPI peuvent être fixes ou ajustables. On peut par exemple augmenter puis diminuer progressivement la densité en augmentant puis en diminuant progressivement les durées Tm. Dans ce cas, on ajuste par conséquent également les durées TE afin d'obtenir le profil de l'évolution de densité souhaitée. [0066] Si la densité augmente progressivement, la valeur de la sensibilité de la photodiode PHI augmente aussi progressivement. En revanche, si la densité diminue progressivement, la valeur de la sensibilité de la photodiode PHI diminue également progressivement. [0067] L'augmentation et la diminution progressive de la valeur de la sensibilité de la 7 photodiode permet de créer ledit phénomène de transition continue et ainsi atténuant considérablement l'effet de scintillement. [0068] La figure 3 illustre schématiquement la variation de la valeur de la sensibilité SEN de la photodiode PH1 en fonction du temps t en secondes s, sur la période d'exposition T IN [0069] On peut distinguer trois étapes. Une première étape Pl dans laquelle la valeur de la sensibilité SEN augmente progressivement pendant une durée T', jusqu'à l'atteinte d'une valeur seuil V'E,.. [0070] La valeur seuil V'.', est par exemple de 100%. [0071] L'augmentation de ladite sensibilité SEN est caractérisée par une diminution pro- gressive de la durée TE des deuxièmes sous-périodes 5P2 et donc par l'augmentation progressive de la densité des premières sous-périodes SP1. [0072] Une deuxième étape P2 est aussi illustrée dans ladite figure, dans laquelle la valeur de la sensibilité SEN, après avoir atteint ledit seuil V,,, reste stable pendant une durée déterminée Te2. [0073] La deuxième étape P2 est suivie par une troisième étape P3 dans laquelle la valeur de la sensibilité SEN diminue progressivement pendant une durée Tp' de la valeur seuil V RE. jusqu'à la fin de la période d'exposition TIN. [0074] La diminution de ladite sensibilité SEN est caractérisée par une augmentation pro- gressive de la durée T. des deuxièmes sous-périodes 5P2 et donc par la diminution progressive de la densité des sous-périodes SPI. [0075] Ainsi ces trois étapes Pl, P2 et P3 permettent, comme dit précédemment, de créer un phénomène de transition continu atténuant considérablement l'effet de scintillement. [0076] Ainsi, lors de la première étape Pl, les moyens de contrôle MC envoient ledit signal SI02 audit module MO pour qu'il diminue la durée T. des deuxièmes sous-périodes SP2 et par conséquent augmenter la densité des premières sous-périodes SPI. [0077] A la deuxième étape P2, les moyens de contrôle MC envoient ledit signal SI02 audit module MO pour qu'il stabilise la durée T. des deuxièmes sous-périodes SP2 et par conséquent ne pas faire varier la densité des premières sous-périodes SPI. [0078] Lors de la troisième étape P3, les moyens de contrôle MC envoient ledit signal SIG2 audit module MO pour qu'il augmente la durée TB des deuxièmes sous-périodes SP2 et par conséquent diminuer la densité des premières sous-périodes SPI. [0079] On peut également s'affranchir de la deuxième étape P2 et conserver que la première étape Pl et la troisième étape P3 pour obtenir ledit phénomène de transition continu. [0080] La figure 4 illustre un mode de mise en oeuvre de l'invention permettant d'améliorer la robustesse et la tolérance du capteur CA. [0081] A l'étape Si, le détecteur de fréquence DE acquière la fréquence de ladite lumière scintillante SC et est configuré pour ajuster le temps d'exposition TIN à un multiple de 8 la période de ladite lumière scintillante SC à l'étape S21. [0082] Parallèlement à l'étape S22, ledit module MO diminue progressivement, stabilise et augmente progressivement la sensibilité de ladite au moins une photodiode PH1 dans le but de réaliser ledit phénomène. [0083] Les étapes S21 et S22 sont combinées à l'étape S23 pour améliorer à l'étape S3 la ro- bustesse et la tolérance du capteur CA aux erreurs provoquées par la nature de la source de lumière scintillante SC. [0084] D'un point de vue matériel, les moyens de contrôle MC et le module MO peuvent être réalisés par des modules logiciels ou par une architecture matérielle au sein d'un microcontrôleur. Quant au détecteur de fréquence DF, il est de structure classique et connue en soi. [0085] Par ailleurs, il serait possible d'associer à la photodiode PH1 de chaque pixel, au moins une autre photodiode dont la période d'intégration ne serait pas divisée en sous-périodes disjointes, ce qui permet en cas de scintillement de garantir les bonnes performances du pixel dans des conditions de faible luminosité. 9