Chapitre 1 - TEL

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<strong>Chapitre</strong> 1 : Présentation des capteurs d’image CMOS 32Auteurtechniquedynamiquevitessedelecturebruitspatialfixenombre detransistorspar pixel[Akahane06] T int fixe 100dB 30fps 5 7,5µ x 7,5µ 0,35µ[Stoppa02] T int fixe 130dB 25fps 1,50% 25 25µ x 25µ 0,35µ 11%[Lui01] T int fixe 81dB 30fps 3taille dupixeltechno[Rhee03] T int fixe 120dB 1k fps 43 19µ x19µ 0,18µ 50%[McIlrath01] T int fixe 100dB 1Hz 0,10% 19 30µ x 30µ 0,5µfacteur deremplissage[Acosta04] T int fixe 100dB 30fps 5 7,5µ x 7,5µ 0,18µ 49%[Schrey02] T int multiples 90dB 15fps 0,10% 3 10µ x 10µ 0,5µ 41%[Yadid-Pecht97] T int multiples 108dB 100kpix/s 2,80% 4 20,4µ x 20,4µ 1,2µ 15%[Yang99] T int multiples 250fps 5,5 10,5µ x 10,5µ 0,35µ 29%[Mase05] T int multiples 119dB 30fps 0,10% 10µ x 10µ 0,25µ 54,50%[Schanz00] T int multiples 120dB 50fps 3 26µ x 26µ 1µ 65%[Loose01] Log 120dB 50fps 3,80% 24µ x 24µ 0,6µ 30%[Kavadias00] Log 120dB 30fps 2,50% 6 7,5µ x 7,5µ 0,5µ[Storm06] Lin-log 143dB 4% 7 5,6µ x 5,6µ 0,18µ 33%[Hamamoto01] adaptation 56dB 60fps 0,50% 17 85µ x 85µ 1µ 14%[Yadid-Pecht03] adaptation 70dB 0,12% 4 14,4µ x 14,4 µ 0,5µ 37%[Fish05] adaptation 105dB 30fps 18µ x 18µ 0,35µ 15%Tableau 1 Récapitulatif des travaux menés pour augmenter la dynamique de fonctionnement des capteurs devision1.4 Le mode de capture instantanéeLe mode de capture d’image instantanée est aussi appelé mode « Electronic Shutter», ou« Global Shutter » ou « Snapshot » dans la littérature. Ce mode consiste à capturer toute l’image enmême temps et à la mémoriser au sein des pixels en attendant leur lecture. Ce mode est implémentélorsque le capteur doit pouvoir acquérir des images dans des conditions particulières, telles que :• des objets en mouvement à grande vitesse,• une acquisition synchrone,• un temps d’acquisition très court, typiquement lors d’impulsions lumineuses.1.4.1 Les pixels « global shutter » à quatre transistorsLes pixels les plus simples implémentant ce mode de capture présentent une architecture à 4transistors [Aw96], [Hosticka03]. Le transistor M3 (figure 14) sert d’interrupteur et permet d’isoler lenœud de stockage. La capacité de stockage C GS est en générale constituée par la capacité parasite C GDdu transistor M1. L’acquisition d’image se déroule en trois phases :1. la phase d’initialisation : la photodiode et le nœud de stockage sont initialisés,les transistors M3 et M4 sont passants et le transistor M2 bloqué ;
<strong>Chapitre</strong> 1 : Présentation des capteurs d’image CMOS 332. la phase d’exposition : l’interrupteur GS (« global shutter ») est passant, lesignal de la photodiode est commun avec le nœud de stockage, les transistorsM4 et M2 sont bloqués ;3. la phase de lecture : l’interrupteur « global shutter » s’ouvre, permettant d’isolerle nœud de stockage, les transistors M4 et M3 sont bloqués, le transistor M2devient passant quand la ligne est sélectionnée ;PixelresetM4GSM3C GSM1selecM2V s_pixFigure 14 : Schéma du pixel à "global shutter" à quatre transistorsMais cette architecture présente des limites. Le signal stocké dans la capacité C GS est en effetdégradé par plusieurs phénomènes :• un courant de fuite dans la source du transistor GS ;• l’injection de charges lors des commutations du transistor GS, causant du bruit et desdécalages en tension du signal stocké ;• l’intégration de charges photo générées au sein de la capacité C GS , dû à une protectioninsuffisante de ce nœud contre la lumière ;• la collecte par ce nœud de stockage C GS , via le substrat, de charges photo générées.1.4.2 Les pixels « global shutter » à cinq transistorsD’autres architectures ont été présentées [Chapinal99] [Bloss00] [Morel04] [Tanner04] quipermettent notamment une initialisation du nœud de stockage (Figure 15).
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