FR3006500A1 - Capteur cmos a photosites standard - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un capteur d'image, comportant une multiplicité de photosites formant une matrice (KxL) de K lignes et L colonnes, et au moins un convertisseur analogique/numérique, chaque photosite étant apte à recevoir un flux lumineux et à délivrer un signal électrique, sous forme analogique, comportant en outre au moins : - un premier ensemble de circuits intégrateurs, avec une première régulation par pondération en analogique sur des blocs de n x n' photosites, lesdits photosites appartenant à n colonnes adjacentes et à n' lignes adjacentes, et - un deuxième ensemble de circuits intégrateurs, avec une deuxième régulation par pondération en analogique sur des blocs de m x m' photosites, lesdits photosites appartenant à m colonnes adjacentes et à m' lignes adjacentes, n colonnes adjacentes d'un premier jeu de colonnes de la matrice étant connectées à n x n' circuits intégrateurs du premier ensemble, m colonnes adjacentes d'un deuxième jeu de colonnes de la matrice étant connectées à m x m' circuits intégrateurs du deuxième ensemble, n colonnes du premier jeu étant alternées avec m colonnes du deuxième jeu en formant la matrice de photosites.

Description

Capteur CMOS à photosites standard La présente invention concerne un dispositif capteur d'images. On entend par dispositif capteur d'images tout dispositif rendant possible la capture de vues d'objets réels. Par exemple, il peut s'agir d'un appareil photographique, d'une caméra vidéo, d'un téléphone portable muni d'un appareil photographique, etc. Pour faire l'acquisition d'images par un appareil numérique, on utilise une matrice de photosites (également désigné ci-après par les termes « pixels ») dont l'exposition à la lumière génère un courant (ou une tension) qui est ensuite converti en valeur numérique, à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique. Les photosites peuvent par exemple comprendre des photodiodes, des transistors, des diodes, des capacités, des résistances, etc. Le chemin parcouru par l'information comprise dans l'image est réputé être dans le sens de l'entrée du faisceau lumineux dans le dispositif vers le traitement analogique ou numérique puis le stockage des données numériques de l'image. Ainsi, la réception des données lumineuses par le dispositif est faite en amont du traitement électronique de ces données. Pour adapter la sensibilité d'un photosite à la quantité de lumière de la scène à capter, on adapte le temps d'intégration de la lumière sur l'ensemble du capteur. Cependant, dans la plupart des scènes, il existe des zones claires et sombres qui ne seront pas rendues correctement si la sensibilité du capteur est réglée globalement à partir de la luminosité moyenne de la scène. Pour améliorer le rendu des images, une augmentation de la dynamique des images, par exemple de 8 à 16 bits, permet d'encoder plus de niveaux de luminance différents dans une image. Toutefois, cette méthode est compliquée car elle impose de disposer d'un convertisseur de grande précision et un format de fichier numérique volumineux. Elle impose en outre des 25 moyens de calculs et de mémoire importants. En effet, pour faire l'acquisition d'une image d'une scène dans le visible, les appareils photographiques et caméras adaptent leur sensibilité à des conditions pré-définies (sous la dénomination dite « ISO-numérique » relativement à de tels appareils). Cependant, une scène contient souvent des zones de luminosités très différentes. Dans ce cas, et suivant le réglage choisi, les zones fortement éclairées pourront être saturées dans les blancs, et / ou les zones faiblement éclairées pourront se confondre avec le noir. Pour améliorer le rendu des scènes dont la dynamique est fortement variable d'une zone à l'autre, il est habituellement effectué plusieurs acquisitions d'images en faible dynamique (typiquement 8-10 bits) avec plusieurs facteurs d'exposition qui sont ensuite combinées pour obtenir une image de grande dynamique (32 bits). Une opération de rendu de teinte est alors préférable pour encoder cette image de grande dynamique pour des formats d'affichage (8 bits). Cette technique nécessite alors des moyens de calcul, ainsi que de la mémoire, et pose des problèmes lors de mouvements dans la scène entre les acquisitions. On peut utiliser aussi un capteur de grande dynamique (maximum 14 bits), mais pour lequel le convertisseur analogique-numérique coûte cher, et le rendu de teinte doit être traité. Il a été suggéré une adaptation locale, laquelle permettrait de traiter à la volée un rendu de teinte suivant les conditions locales d'exposition. En particulier, un contrôle analogique adaptatif et local du gain a été suggéré. Ce contrôle est par exemple effectué en pondérant les signaux reçus des photosites par une moyenne correspondant aux signaux reçus pour des photosites appartenant à une zone locale. Les étapes d'une régulation locale sont alors effectuées avant la quantification. Ainsi, la régulation est effectuée sur des signaux continus et n'implique donc aucune perte d'information due à la quantification. Des résultats satisfaisant ont ainsi été obtenus avec une telle solution, avec en particulier un niveau de détails élevé dans les zones sombres, habituellement à fort bruit. Cependant, un tel contrôle nécessite d'intégrer des composants analogiques pour effectuer les calculs de régulation.

Physiquement, il existe habituellement un circuit intégrateur pour chaque valeur de photosite lue à un instant donné. Pour éviter de prévoir autant de circuits intégrateurs que de photosites, on procède à une lecture séquentielle, ligne par ligne, des valeurs de photosites pour toutes les colonnes. On prévoit alors autant de circuits intégrateurs que de colonnes. Par exemple, pour une matrice de photosites de K lignes et L colonnes, on aura d'abord les K valeurs de la première ligne, puis les K valeurs de la seconde ligne, etc. Ainsi, il est possible de réduire à K le nombre de circuits intégrateurs.

En particulier, le calcul analogique d'une valeur moyenne correspondant à une zone locale nécessite d'avoir simultanément toutes les valeurs de photosites de cette zone locale. Ainsi, il n'est plus possible d'envisager autant de circuits intégrateurs que de colonnes. Par exemple, pour avoir simultanément les valeurs de photosite d'un carré de 4 photosites, il faut prévoir 4 circuits intégrateurs : deux pour la première ligne et deux pour la seconde ligne. Ainsi, à l'échelle de la matrice de photosites, il faut prévoir deux fois plus de circuits intégrateurs que pour les capteurs habituels. Il faut donc prévoir des emplacements supplémentaires pour ces composants supplémentaires sur le dessin de conception (en anglais « layout »).

Pour trouver une place disponible pour ces composants supplémentaires, il a été suggéré d'inclure ces composants au sein même de la matrice de photosites. Par exemple, il a été suggéré d'effectuer le calcul de la moyenne locale sur un photosite « aveugle » de la matrice de photosites. D'autres réalisations dans lesquelles les moyens de régulations sont directement compris dans la matrice de photosites ont également été proposées.

Or, la conception des matrices de photosites est extrêmement spécifique et optimisée, notamment par rapport à la résolution des images captées. Il est donc très complexe et couteux de mettre en place directement sur le capteur un photosite aveugle ou des moyens de régulation pour chacune des zones à réguler. De plus, l'ajout de ce photosite aveugle ou de moyens de régulations diminue le facteur de remplissage du photosite (rapport entre la surface du photosite photosensible et la surface totale du photosite). Cela entraine une diminution des performances électro-optiques de ce même photosite, et donc altère les performances générales du capteur. L'invention vient améliorer la situation.

Elle propose à cet effet une architecture de capteur dans laquelle les composants supplémentaires requis pour la régulation locale sont situés en périphérie de la matrice de photosites, de manière alternative. La présente invention vise alors un dispositif capteur d'image, comportant une multiplicité de photosites formant une matrice (KxL) de K lignes et L colonnes, et au moins un convertisseur analogique/numérique, chaque photosite étant apte à recevoir un flux lumineux et à délivrer un signal électrique, sous forme analogique, comportant en outre au moins : - un premier ensemble de circuits intégrateurs, avec une première régulation par pondération en analogique sur des blocs de n x n' photosites, les photosites appartenant à n colonnes adjacentes et à n' lignes adjacentes, et - un deuxième ensemble de circuits intégrateurs, avec une deuxième régulation par pondération en analogique sur des blocs de m x m' photosites, les photosites appartenant à m colonnes adjacentes et à m' lignes adjacentes, n colonnes adjacentes d'un premier jeu de colonnes de la matrice étant connectées à n x n' circuits intégrateurs du premier ensemble, m colonnes adjacentes d'un deuxième jeu de colonnes de la matrice étant connectées à m x m' circuits intégrateurs du deuxième ensemble, n colonnes du premier jeu étant alternées avec m colonnes du deuxième jeu en formant la matrice de photosites. Ainsi, la régulation est effectuée au niveau des circuits intégrateurs. L'architecture de la matrice de photosites n'est donc pas modifiée. Il est donc possible de reprendre directement une matrice de photosites produite en grande série et habituellement utilisée pour un capteur classique. Les coûts de conception sont donc réduits. La régulation analogique locale n'interfère pas avec les autres problématiques habituelles de la matrice de photosites (par exemple la résolution, le facteur de remplissage, etc.). De plus, il est possible d'utiliser des circuits intégrateurs usuels (par exemple par rapport à la largeur de ces circuits intégrateurs). Ici, les composants analogiques supplémentaires sont donc associés aux circuits intégrateurs de la matrice de photosites. Le nombre de ces circuits intégrateurs est donc augmenté. Ces circuits intégrateurs sont situés en aval de la matrice et en amont d'une conversion analogique numérique.

Toutefois, la disposition alternative des jeux de colonnes rattachés aux deux ensembles de circuits intégrateurs limite les effets de cette augmentation du nombre de circuits intégrateurs. D'une part, la séparation des circuits intégrateurs simplifie la conception du dispositif.

Ainsi, il est possible de séparer physiquement ces circuits intégrateurs. Une telle séparation simplifie sensiblement la conception architecturale de la périphérie de la matrice de photosites. Ainsi, dans un exemple nullement limitatif, les deux ensembles de circuits intégrateurs sont disposés l'un sur l'autre. Dans un autre exemple, un ensemble est situé sous la matrice et l'autre est adjacent à la matrice. Dans un autre exemple, les circuits sont disposés de part et d'autre de la matrice de photosites. D'autre part, la disposition alternative des jeux de colonnes limite l'influence de la séparation des circuits intégrateurs sur le fonctionnement du dispositif. Les distances entre la matrice et les circuits intégrateurs sont avantageusement réduites de par la disposition alternative des jeux de colonnes. Il est en effet aisé de prévoir un circuit intégrateur au plus proche de la colonne à laquelle il est connecté dans cette configuration. De plus, la régularité introduite par cette disposition permet de conserver une gestion temporelle similaire à celle d'un capteur d'image habituel. En effet, la lecture séquentielle reste envisageable car chaque ensemble de circuits intégrateurs est connecté à chaque ligne. Dans un mode de réalisation, le premier ensemble de circuits intégrateurs est accolé à une 20 première arrête d'extrémité de la matrice, en pied de colonnes, et le deuxième ensemble de circuits intégrateurs est accolé à une deuxième arrête d'extrémité de la matrice, opposée à la première arrête, en haut de colonnes. Ainsi, les circuits intégrateurs sont avantageusement répartis de part et d'autre de la matrice de photosites. Cette répartition libère donc deux fois plus de place pour les circuits 25 intégrateurs. Chaque ensemble de circuit intégrateur peut donc correspondre en partie aux circuits intégrateurs habituellement utilisés pour un capteur classique, sans régulation locale analogique. Typiquement, les amplificateurs colonnes compris dans ces circuits intégrateurs peuvent être identiques à ceux habituellement utilisés. Leur disposition peut également être similaire à celle habituellement suggérée. La conception du capteur est 30 donc largement simplifiée. Typiquement, on a K et L des entiers pairs.

De plus, il n'est pas nécessaire de prévoir des composants de taille plus réduite. De tels composants sont onéreux et peuvent générer de la distorsion. En particulier, les amplificateurs colonnes utilisés pour traiter les données reçues de la matrice de photosites peuvent être ceux utilisés habituellement.

On entend par « pied de colonnes », la zone située au-dessous de la matrice de photosites, quand cette matrice est vue de haut. Cette représentation est par exemple adoptée aux figures 2, 3A, 3B et 3C. On entend par « haut de colonnes », la zone située au-dessus de la matrice de photosites, quand cette matrice est vue de haut. Dans un mode de réalisation, les circuits intégrateurs des deux ensembles comprennent : - des moyens de calculs propres à délivrer un signal analogique correspondant à une moyenne des signaux analogiques délivrés par les blocs de n x n' photosites et, respectivement, par les blocs de m x m' photosites, et - au moins un moyen régulateur pour pondérer un signal analogique issu de chaque photosite par un signal de moyenne d'un bloc auquel appartient ce photosite.

Ainsi, la régulation est effectuée au niveau des circuits intégrateurs. L'architecture de la matrice de photosites n'est donc pas modifiée. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte au moins autant de moyens régulateurs que de photosites lus simultanément et au moins autant de convertisseurs que de photosites lus simultanément.

Le calcul analogique d'une valeur moyenne correspondante à une zone locale nécessite d'avoir simultanément toutes les valeurs de photosites de cette zone locale. Typiquement, ces zones locales correspondent aux blocs de photosites. On entend donc par « photosites lus simultanément » l'ensemble des photosites compris dans tous les blocs lus ensembles (typiquement à chaque coup d'horloge). Par exemple, pour des blocs carrés de 4 photosites (n=n'=m=m',4), on lit simultanément toute la première ligne de blocs. Chaque bloc comprenant deux lignes de photosites, cette première ligne de bloc correspond aux deux premières lignes de photosites de la matrice. Les matrices de photosites peuvent comprendre plusieurs millions de pixels. Les moyens de régulation et les convertisseurs doivent donc gérer simultanément l'ensemble des valeurs lues par l'ensemble des photosites lus simultanément. La présence d'un moyen de régulation et d'un convertisseur par photosites lus simultanément permet de diviser le nombre d'opérations à effectuer simultanément. En effet, toutes les opérations requises par un photosite sont traitées par un moyen de régulation et un convertisseur. La vitesse de traitement des données reçues de la matrice de photosites est donc avantageusement accélérée. Une telle configuration est donc par exemple adaptée à un capteur utilisé dans un dispositif d'enregistrement vidéo et particulièrement pour un dispositif d'enregistrement requérant une fréquence d'acquisition élevée. De plus, des composants capables de traiter un grand nombre de données simultanément sont très onéreux. Il peut ainsi être plus économique de prévoir un grand nombre de 10 composants peu onéreux que peu de composants très onéreux. Dans une variante, le dispositif comporte moins de moyens régulateurs que de photosites lus simultanément et moins de convertisseurs que de photosites lus simultanément. Un nombre élevé de moyens de régulation et de convertisseurs rend possible une accélération de la vitesse de traitement. Toutefois, chacun de ces composants introduit une 15 distorsion du signal reçu par la matrice de photosites. Dès lors, la multiplication de ces composants a pour effet de dégrader le signal reçu de la matrice. Un compromis entre la vitesse de traitement (nombre important de composants), le prix des composants et la qualité du signal reçu (nombre réduit de composants) est ainsi avantageusement choisi en fonction des applications choisies pour le dispositif. 20 Dans une variante, le dispositif comporte un seul moyen de régulation pour l'ensemble des photosites et un seul convertisseur pour l'ensemble des photosites. Ainsi, le signal subit très peu de distorsion. Une telle configuration est par exemple adaptée au domaine spatial, dans lequel un nombre réduit de photosites ou une faible vitesse de lecture peut être pertinent. Ainsi, les moyens 25 de régulation et de conversion sont à même de traiter les données avec une fréquence raisonnable tout en assurant une qualité de traitement élevée. Dans un mode de réalisation, l'ensemble des circuits intégrateurs est symétrique de part et d'autre de la matrice. Ainsi, la conception du dispositif est avantageusement simplifiée. De plus, les coûts associés à la production de ce dispositif sont restreints. Par exemple, la 30 conception de la partie située en pied de colonne de la matrice peut simplement être réutilisée en haut de colonne de la matrice. De plus, une seule chaîne de production peut par exemple produire les parties situées en pied et en haut de colonne. Dans un mode de réalisation, le premier ensemble de circuits intégrateurs et le deuxième ensemble de circuits intégrateurs fonctionnent de manière synchrone. Ainsi, la gestion temporelle est avantageusement simplifiée. Les données reçues des photosites puis traitées (régulation, conversion, etc.) pour les premiers et deuxièmes ensembles sont ainsi directement rassemblées pour être interprétées par les moyens numériques du capteur en aval du ou des convertisseurs. Il n'est donc pas nécessaire de rajouter des composants pour prendre en compte un éventuel décalage temporel. De plus, les caractéristiques temporelles de fonctionnement du dispositif sont avantageusement similaires à celles d'un capteur classique sans régulation analogique locale. Ainsi, l'intégration d'un tel dispositif est transparente pour l'industriel. Dans un mode de réalisation, on choisit n=m=n',m',2. Ainsi, un compromis est trouvé entre la précision de la régulation et la complexité de l'architecture à mettre en oeuvre pour effectuer cette régulation. Dans un mode de réalisation, les ensembles de circuits intégrateurs comportent en outre au moins un moyen de compensation de bruit spatial fixe (FPN pour « Fixed Pattern Noise » en anglais). Ainsi, on limite avantageusement l'apparition de bruit spatial fixe. Un tel moyen de compensation peut avantageusement être situé en amont des moyens de 20 calcul de la moyenne. Ainsi, cette compensation est également appliquée à la moyenne et rend ainsi possible une régulation plus précise. Dans un mode de réalisation, les circuits intégrateurs comportent au moins un moyen d'échantillonnage et de blocage de signaux analogiques. Les moyens de régulations pouvant par exemple comprendre un diviseur analogique, il est avantageux d'alimenter de 25 tels moyens de régulation avec des signaux analogiques constants. Le dispositif capteur d'image objet de la présente invention peut donc être facilement intégré aux dispositifs d'acquisition d'image (par exemple appareil photographique numérique, caméra numérique vidéo, etc.) : Le photosite reste identique au photosite d'origine. Les matrices de photosites 30 habituelles peuvent donc être directement utilisées avec le présent dispositif. les amplificateurs colonnes restent identiques à ceux utilisés habituellement. Le traitement implémenté et l'architecture proposée n'influent en rien sur la vitesse de lecture. Le nombre d'images par seconde (« Frame rate »), reste celui d'un capteur habituel.

Le traitement implémenté et l'architecture proposée n'influent en rien sur le fonctionnement temporel de l'imageur. Celui-ci reste tout à fait classique et la lecture des données photogénérées se fait de la manière habituelle. Il en est de même en ce qui concerne la compensation du bruit spatial fixe. Il n'influe en rien non plus sur la chaîne de traitement de l'image pour reconstruire les couleurs et celle-ci sera identique à un capteur standard. Cependant la reconstruction de l'image finale sera simplifiée car le bruit sera inférieur et l'image aura directement une bonne apparence, simplifiant les algorithmes de traitement de l'apparence (débruitage, fonction gamma, etc...).

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemple illustratif, et à l'examen des dessins annexés sur lesquels : la figure lA illustre une vue d'ensemble d'une chaîne de traitement de signal issu d'un photosite PXL générant un photocourant PHC, jusqu'à une valeur de tension 20 numérique VN, - la figure 1B illustre une matrice de pixels KxL et sa périphérie, avec un traitement classique, - la figure 2 illustre une matrice de pixels KxL et sa périphérie, avec un traitement au sens de l'invention, 25 la figure 3A illustre le détail d'un dispositif au sens de l'invention, dans un mode de réalisation, la figure 3B illustre le détail d'un dispositif au sens de l'invention, dans un mode de réalisation, la figure 3C illustre le détail d'un dispositif au sens de l'invention, dans un mode de réalisation, la figure 4A illustre une matrice de pixels KxL, avec une répartition au sens de l'invention, selon un mode de réalisation, la figure 4B illustre une matrice de pixels KxL, avec une répartition au sens de l'invention, selon un mode de réalisation, la figure 4C illustre une matrice de pixels KxL, avec une répartition au sens de l'invention, selon un mode de réalisation, la figure 4D illustre une matrice de pixels KxL, avec une répartition au sens de l'invention, selon un mode de réalisation. Dans une réalisation illustrée sur la figure 1A, un capteur classique comporte une multiplicité de photosites (k,1), avec k allant de 1 à K et 1, de 1 à L. Typiquement K=L et K et L sont des valeurs paires. Chaque photosite PXL convertit une énergie lumineuse PH en photo-courant PHC pour délivrer finalement une tension analogique VA. Un amplificateur colonne AC comporte une fonction échantillonneur - bloqueur pour collecter toutes les tensions analogiques issues des différents photosites et la tension résultante est appliquée via une fonction de type multiplexeur à un convertisseur analogique/numérique CAN pour délivrer une tension numérique VN. En référence à la figure 1B, la matrice de photosites (référencée MAT PXL et appelé aussi « capteur » ci-après) est donc habituellement connectée à un décodeur de colonne DEC1, et à un décodeur de ligne DEC2. Le signal issu de la matrice est amplifié (AMP) et converti en tension numérique VN.

En référence maintenant à la figure 2 présentant une application du procédé au sens de l'invention, le capteur MAT PXL, est équipé d'un moyen de mesure de la réponse V (en tension ou en intensité) d'un ensemble de N pixels voisins. Cette réponse permet d'estimer la luminosité locale dans la scène. On mesure en particulier un paramètre XO correspondant à une luminance locale, de manière à adapter la dynamique d'un photosite ou d'un groupe de N photosites voisins. Cette luminance peut être estimée par la moyenne (simple ou avantageusement pondérée, par exemple) des signaux issus des photosites ou « pixels ». La régulation de la sensibilité d'un photosite s'effectue alors à l'aide d'une fonction non-linéaire adaptative F(X,X0) dont la forme de la non-linéarité (sa « pente » locale) dépend du paramètre de moyenne précitée XO, X étant la tension en sortie de ce photosite. La régulation peut être réalisée par exemple en analogique avant la conversion analogique-numérique CAN. Ainsi, dans un exemple de réalisation, on adapte, pour une mise en oeuvre de l'invention, un capteur classique tel qu'un imageur standard CMOS (produit en grande série) habituellement constitué de quatre parties distinctes : - une matrice de pixels MAT PIX, chaque pixel comportant une photodiode et de trois à cinq transistors MOS ; ces structures de pixels permettent de convertir en tension un courant photo-généré dans la photodiode ; les structures les plus complexes permettent également de mémoriser l'image au sein même du pixel qui comporte une mémoire (technique dite de « Global shutter ») ; - deux lignes AMP d'amplificateurs colonnes situés respectivement en bas d'un premier jeu de colonnes de pixels et en haut d'un second jeu de colonnes de pixel. Ces amplificateurs sont chargés de mettre en forme des valeurs de tension émanant de chaque pixel, d'éliminer les variations de tensions causées par la dispersion de fabrication (bruit spatial fixe ou « FPN » pour « Fixed Pattern Noise ») et de transférer les valeurs de tension - un module de régulation de la sensibilité de photosites comprenant par exemple la fonction F(X,X0) ; - un convertisseur analogique/numérique CAN ; - des décodeurs numériques de lignes DEC2 et de colonnes DEC1 définissant un séquencement de lecture de tous les pixels de la matrice. Comme présenté ci-après, on améliore avantageusement à la fois l'augmentation de la dynamique d'entrée du capteur, ainsi que l'adaptation aux conditions lumineuses moyennes, tout en conservant globalement l'architecture physique générale d'un capteur 30 classique.

Un mode de réalisation est maintenant décrit en référence à la figure 3A. Dans ce mode de réalisation, n=n'=m=m'=2. Le dispositif capteur d'image représenté à la figure 3A comporte : - une matrice de pixels MAT PIX, chacun des pixels comporte un indice k, 1 tel que k correspond à la ligne du pixel et 1 à la colonne du pixel ; - deux lignes AMP d'amplificateurs colonnes situés de part et d'autre de la matrice et respectivement connectées à un premier jeu de colonnes de pixels et à un deuxième jeu de colonnes de pixel. Chacune des lignes AMP comporte L amplificateurs colonnes AC 10 recevant un donnée de pixel Xi, e'', a et L amplificateurs colonnes AC recevant un donnée de pixel Xk une'n, a, avec, pour i E [1; -L21 22i-1 _ 1 ou 22i-1 pour les amplificateurs en pied de colonne oc= 22i - 1 ou 22i pour les amplificateurs en haut de colonne On entend par «k even » tous les entiers k pair appartenant à [0; K] et on entend par «k uneven » tous les entiers k impair appartenant à [0; K]. - deux modules LECT AC de lecture séquentielle des amplificateurs colonnes ; 15 - des moyens de calcul GEN XO propres à délivrer un signal analogique correspondant à une moyenne XONO, des signaux analogiques délivrés par les blocs de 2 x 2 photosites du premier jeu de colonnes et, respectivement, par les blocs de 2 x 2 photosites du deuxième jeu de colonnes, - deux modules LECT XO de lecture séquentielle des moyennes ; 20 - un moyen régulateur REGUL pour pondérer un signal analogique Xi,, 1 issu de chaque photosite par un signal de moyenne XONO, d'un bloc auquel appartient ce photosite. - un convertisseur analogique/numérique CAN dispensant un signal numérique VN en sortie. Fonctionnellement, une ligne impaire et une ligne paire sont sélectionnées en même temps 25 et envoient leurs données regroupées par bloc de 4 alternativement dans les amplificateurs colonnes du bas et dans les amplificateurs colonnes du haut. Ce transfert de données se faisant en parallèle, le taux de transfert de données vers le convertisseur analogique numérique CAN peut être maintenu (par rapport à un fonctionnement standard) juste en séquençant correctement les blocs de lecture des amplificateurs colonnes. Le calcul de la moyenne de chaque bloc XONO, est effectué dans la foulée du chargement des données dans les amplificateurs colonnes. La lecture de ces valeurs moyennes est effectuée de manière synchrone avec les données de la matrice de manière à effectuer le calcul dans le bloc de régulation au bon moment. Dans ce mode de réalisation, un seul moyen régulateur applique la pondération aux signaux issus des photosites. De même, un seul convertisseur est utilisé. Une telle configuration présente notamment un intérêt pour des matrices comportant un nombre relativement faible de photosites (par exemple 640x480 photosites). En effet, les composants (régulation et/ou convertisseur) doivent traiter simultanément un grand nombre de données de photosites. Ainsi, pour éviter de réduire la vitesse de traitement ou l'augmentation des coûts, il est avantageux mais non limitatif d'utiliser une telle configuration avec des capteurs présentant relativement peu de photosites. Le dessin présenté à la figure 3A présente une grande régularité, qui se retrouve sur les plans du circuit à l'échelle. Cela rend possible une optimisation du temps de conception du capteur. Une variante de ce mode de réalisation est maintenant décrite en référence à la figure 3B. 20 On a n=n'=m=m',2 dans cette variante. Dans ce mode de réalisation, les signaux de photosites sont traités successivement puis lues séquentiellement une foi convertie en signaux numériques. D'abord, un module numérique DEC2 sélectionne séquentiellement les lignes à activer. Par exemple, une pluralité d'interrupteurs correspondant à deux lignes de photosites (ici on 25 lit simultanément L x 2 photosites correspondant à une ligne de blocs soit 2 lignes de pixels) peut être enclenché à un même instant t. le signal X d'un photosite de la matrice MAT PXL est d'abord traité dans un amplificateur colonne compris dans une ligne d'amplificateurs colonnes AMP puis une valeur moyenne XO est générée par des moyens de calculs GEN XO à partir de quatre signaux d'un bloc de photosites (ici n=n'=m=m',2). 30 Ensuite, les signaux de photosites X et les valeurs moyennes XO correspondantes sont transmis à une pluralité de moyens régulateurs 4 x REGUL. La régulation des signaux X s'effectue alors à l'aide d'une fonction F(X,X0) variable. Dans un exemple de réalisation, cette fonction est F(X, XO) = Dans un autre exemple de réalisation, il s'agit d'une fonction non-linéaire adaptative. Les signaux régulés sont alors convertis sous forme numérique par un convertisseur CAN. Enfin, ces signaux numériques sont lus séquentiellement afin que puisse être reconstruite l'ensemble de l'image. Dans cette variante, il existe autant de convertisseurs que de photosites lus simultanément. Dans le cas où un seul convertisseur CAN est présent pour l'ensemble des photosites, il peut être difficile de conserver une vitesse de traitement acceptable. En effet, pour un capteur présentant un nombre élevé de photosites, le convertisseur CAN doit traiter un nombre important de données très rapidement pour respecter le nombre d'images par seconde voulue. Il peut donc être avantageux de prévoir un plus grand nombre de convertisseurs CAN pour que la vitesse de traitement soit maintenue même si le nombre de photosites est augmenté. Une telle configuration est donc également adaptée à une matrice présentant un grand nombre de photosites (par exemple 2 826 mega pixels) car les convertisseurs n'ont toujours à gérer simultanément que leur photosite (par contre le nombre de convertisseur est sensiblement augmenté). Il est possible de prévoir un convertisseur CAN par photosite ou encore un convertisseur par photosite lu simultanément, c'est-à-dire deux fois plus de convertisseurs CAN que de photosites. Une variante de ce mode de réalisation est maintenant décrite en référence à la figure 3C.

On a n=n'=m=m'=2 dans cette variante. Dans ce mode réalisation, la taille des photosites est si petite qu'un amplificateur AMP est dessiné sur la largeur de deux pixels. Dans ce cas, deux lignes d'amplificateurs AMP doivent être prévues en pied de colonne et en haut de colonne. Dans ce mode de réalisation, on utilise autant de convertisseurs CAN qu'il existe de photosites lues simultanément sur la matrice.

Un compromis entre la vitesse de traitement (nombre important de composants), le prix des composants et la qualité du signal reçu (nombre réduit de composants) est ainsi avantageusement mais non limitativement choisi. Un mode de réalisation est maintenant décrit en référence à la figure 4A.Cette figure 30 représente la matrice de photosites MAT PXL et illustre une configuration possible pour les blocs de photosites.

Dans cette réalisation, on a n=n'=m=m'=2. Les blocs comportent donc quatre photosites adjacents formant un carré. Lors de la réception de données, les photosites d'une ligne de bloc entière sont lus simultanément. Ici, une ligne de bloc comporte K x 2 photosites. Un signal de photosite est pondéré par la moyenne des signaux des photosites du bloc de ce photosite. Ainsi, la sensibilité d'un photosite est ici modulée par les signaux reçus par trois de ses voisins. Une telle configuration présente au moins deux avantages. D'une part, le nombre de photosites lus simultanément est réduit. Les moyennes étant calculées à partir d'un bloc de quatre photosites adjacent, seules deux lignes de photosites sont lues simultanément.

D'autre part, une telle configuration rend possible une symétrie de circuits intégrateurs situés en aval de la matrice de photosites. On rappelle qu'un premier ensemble de circuits intégrateurs est connecté à un premier jeu de colonnes et qu'un second ensemble de circuits intégrateurs est connecté à un second jeu de colonnes. Dans cette situation n=m et n'=m', les deux jeux de colonnes sont donc identiques. Or, les circuits intégrateurs sont connectés à des jeux de colonnes identiques. Il est donc possible de prévoir une symétrie entre les deux ensembles de circuits intégrateurs. Dans une variante en référence à la figure 4B, n=n'=2, m=4 et m'=2. Les blocs du premier et du deuxième jeu de colonnes sont donc ici différents. Toutefois, le nombre de photosites lus simultanément reste le même. Ainsi, la gestion des aspects temporels de la conception du dispositif est facilitée. La différence entre les blocs du premier et deuxième jeu de colonnes introduit une irrégularité dans le traitement appliqué aux signaux reçus des photosites. Une telle irrégularité est susceptible d'améliorer ce traitement en limitant l'apparition d'artefacts. En effet, le caractère périodique de certains capteurs peut avoir pour conséquence de générer du bruit lors de la reconstruction numérique de l'image.

Ainsi, l'introduction de ces irrégularité rend possible une amélioration de la qualité des images reconstruites. Dans une autre variante en référence à la figure 4C, on a n=n'=4 et m=m'=2. Les blocs du premier et du deuxième jeu de colonnes sont donc ici différents. De plus, la gestion temporelle d'une telle architecture nécessite une conception spécifique. On peut par exemple prévoir de traiter deux blocs du deuxième jeu de colonnes (blocs m x m') pour un seul bloc du premier jeu (blocs nx n'). Une telle architecture introduit donc d'importantes irrégularités et donc limite d'autant l'apparition d'artefacts.

Dans une autre variante en référence à la figure 4D, on a n=n'=m=m'=4. Les blocs comportent donc seize photosites adjacents formant un carré. Lors de la réception de données, les photosites d'une ligne de bloc entière sont lus simultanément. Ici, une ligne de bloc comporte K x 4 photosites. Ici, il est possible de prévoir une symétrie entre les deux ensembles de circuits intégrateurs. De plus, la moyenne est calculée à partir d'un plus grand nombre de photosites. Cette valeur moyenne est donc plus représentative que pour des blocs de 4 photosites. En effet, les valeurs de photosites erronées sont mieux lissées par une moyenne sur 16 valeurs que sur 4 valeurs.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci- avant ; elle s'étend à d'autres variantes. Ainsi, on a décrit par exemple une moyenne simple dans le calcul de la fonction F, précédemment. Néanmoins, une variante peut consister à calculer une moyenne pondérée selon des règles choisies. Plus généralement encore, on peut prévoir des fonctions de 15 convolution plus complexes qu'une simple moyenne. On a décrit ci-avant un mode de réalisation dans lequel les circuits intégrateurs étaient répartis de part et d'autre de la matrice de photosites. Bien entendu, il est aussi possible d'envisager des architectures dans lesquelles les circuits intégrateurs sont répartis de manière différente dans la périphérie de la matrice de photosites.

20 On a décrit ci-avant un mode de réalisation basé sur une lecture séquentielle de la matrice de photosites. Bien entendu, il est aussi possible d'envisager de lire simultanément l'ensemble des photosites de la matrice.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif capteur d'image, comportant une multiplicité de photosites formant une matrice (KxL) de K lignes et L colonnes, et au moins un convertisseur analogique/numérique, chaque photosite étant apte à recevoir un flux lumineux et à délivrer un signal électrique, sous forme analogique, comportant en outre au moins : un premier ensemble de circuits intégrateurs, avec une première régulation par pondération en analogique sur des blocs de n x n' photosites, lesdits photosites appartenant à n colonnes adjacentes et à n' lignes adjacentes, et un deuxième ensemble de circuits intégrateurs, avec une deuxième régulation par pondération en analogique sur des blocs de m x m' photosites, lesdits photosites appartenant à m colonnes adjacentes et à m' lignes adjacentes, n colonnes adjacentes d'un premier jeu de colonnes de la matrice étant connectées à n x n' circuits intégrateurs du premier ensemble, m colonnes adjacentes d'un deuxième jeu de colonnes de la matrice étant connectées à m x m' circuits intégrateurs du deuxième ensemble, n colonnes du premier jeu étant alternées avec m colonnes du deuxième jeu en formant la matrice de photosites.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier ensemble de circuits intégrateurs est accolé à une première arrête d'extrémité de ladite matrice, en pied de colonnes, et le deuxième ensemble de circuits intégrateurs est accolé à une deuxième arrête d'extrémité de ladite matrice, opposée à la première arrête, en haut de colonnes.
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant, dans chacun desdits premier et deuxième ensembles :- des moyens de calculs propres à délivrer un signal analogique correspondant à une moyenne des signaux analogiques délivrés par lesdits blocs de n x n' photosites et, respectivement, par lesdits blocs de m x m' photosites, et - au moins un moyen régulateur pour pondérer un signal analogique issu de chaque photosite par un signal de moyenne d'un bloc auquel appartient ce photosite.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, comportant au moins autant de moyens régulateurs que de photosites lus simultanément et au moins autant de convertisseurs que de photosites lus simultanément.
5. 5. Dispositif selon la revendication 3, comportant moins de moyens régulateurs que de photosites lus simultanément et moins de convertisseurs que de photosites lus simultanément.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, comportant un seul moyen de régulation et un seul convertisseur pour l'ensemble de la matrice de photosites.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits ensembles de circuits intégrateurs sont symétriques de part et d'autre de la matrice.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit premier ensemble de circuits intégrateurs et ledit deuxième ensemble de circuits intégrateurs fonctionnent de manière synchrone.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel n=m=n',m',2.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits ensembles de circuits intégrateurs comportent en outre au moins un moyen de compensation de bruit spatial fixe.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits circuits intégrateurs comportent au moins un moyen d'échantillonnage et de blocage de signaux analogiques.