FR3124275A1 - Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scène - Google Patents

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Abstract

Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scène La présente description concerne un dispositif comprenant un capteur (12) d'un signal lumineux. Le capteur (12) comprend un premier niveau (W1) empilé sur un deuxième niveau (W2). Chaque niveau (W1 ; W2) comprend une matrice de pixels (Pix1 ; Pix2) comprenant chacun au moins un photodétecteur (101 ; 131), chaque photodétecteur (101) du premier niveau (W1) étant superposé sur un photodétecteur (131) du deuxième niveau (W2). Chaque niveau (W1 ; W2) est associé à une fréquence, la fréquence du deuxième niveau (W2) étant égale à k fois la fréquence du premier niveau (W1). Un circuit de calcul est configuré pour calculer une distance pour chaque pixel et une carte de profondeur d'une scène de précision augmentée par rapport à une carte de profondeur reconstituée à partir des distances calculées pour le premier niveau et à une carte de profondeur reconstituée à partir des distances calculées pour le deuxième niveau. Figure pour l'abrégé : Fig. 3

Description

Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scène
La présente demande concerne le domaine des dispositifs pour l'acquisition d'une carte, ou image, de profondeur d'une scène.
Des dispositifs d'acquisition d'images aptes à acquérir des informations de profondeur ont été proposés. Par exemple, des détecteurs de temps de vol indirects ("indirect Time Of Flight" en anglais - iTOF) agissent pour émettre un signal lumineux vers une scène, puis pour détecter le signal lumineux réfléchi par des éléments de la scène. Par l'évaluation du déphasage entre le signal lumineux émis et le signal réfléchi, on peut estimer des distances entre le capteur et des éléments, par exemple des objets, de la scène, ou des distances relatives (profondeurs) entre les éléments de la scène.
Il existe un besoin de disposer d'un dispositif d'acquisition d'images de profondeur palliant toute ou partie des inconvénients des dispositifs d'acquisition d'images de profondeur connus.
Par exemple, il serait souhaitable de disposer d'un dispositif d'acquisition d'images de profondeur ayant une même résolution et des mêmes dimensions latérales qu'un dispositif d'acquisition d'images de profondeur usuel, mais une précision augmentée par rapport à ce dispositif usuel.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs d'acquisition d'images de profondeur connus.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif d'acquisition d'une image de profondeur d'une scène, comprenant un capteur d'un signal lumineux réfléchi correspondant à la réflexion sur la scène d'un signal lumineux incident. Le capteur comprend un premier niveau de détection empilé sur un deuxième niveau de détection. Chaque niveau de détection comprend une matrice de pixels de profondeur, chaque pixel de profondeur dudit niveau comprenant au moins un photodétecteur et étant configuré pour acquérir au moins des premiers, deuxièmes et troisièmes échantillons de charges photogénérées dans ledit pixel pendant des premières, deuxièmes et troisièmes durées respectives, les premières, deuxièmes et troisièmes durées dudit niveau étant périodiques selon une première fréquence dudit niveau. Chaque photodétecteur du premier niveau est superposé sur un photodétecteur du deuxième niveau. La première fréquence du deuxième niveau est égale à k fois la première fréquence du premier niveau, avec k un nombre supérieur ou égal à 1. Le dispositif comprend en outre un circuit de calcul configuré pour calculer, pour chaque pixel de profondeur de chacun des premier et deuxième niveaux, une distance à partir des premiers, deuxièmes et échantillons dudit pixel de profondeur, et, à partir desdites distances calculées, une carte de profondeur de la scène de précision augmentée par rapport à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances calculées pour les pixels de profondeur du premier niveau et à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances calculées pour les pixels de profondeur du deuxième niveau.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un circuit de commande des pixels de profondeur.
Selon un mode de réalisation, le nombre k est strictement supérieur à 1.
Selon un mode de réalisation, le nombre k est un entier.
Selon un mode de réalisation, le nombre k est strictement supérieur à 7.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une source lumineuse configurée pour fournir le signal lumineux incident de sorte que :
- le signal lumineux incident comprenne un premier signal lumineux à une première longueur d'onde et un deuxième signal lumineux à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde,
- le premier signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence du premier niveau, et
- le deuxième signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence du deuxième niveau.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un filtre disposé entre les premier et deuxième niveaux du capteur, configuré pour bloquer le premier signal lumineux et laisser passer le second signal lumineux.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une source lumineuse configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude simultanément à la première fréquence du premier niveau et à la première fréquence du deuxième niveau.
Selon un mode de réalisation, le nombre k est déterminé de sorte que la contribution de la première fréquence du premier niveau sur une mesure, par le deuxième niveau, de la première fréquence du deuxième niveau dans le signal réfléchi soit inférieure à une valeur cible.
Selon un mode de réalisation, le nombre k est supérieur ou égal à 20.
Selon un mode de réalisation, chaque pixel de profondeur du premier niveau est associé à un pixel de profondeur correspondant du deuxième niveau.
Selon un mode de réalisation, chaque pixel de profondeur du premier niveau est empilé sur le pixel de profondeur du deuxième niveau auquel il est associé.
Selon un mode de réalisation, pour chaque empilement d'un pixel de profondeur du premier niveau sur un pixel de profondeur du deuxième niveau, le circuit de calcul est configuré pour lever une incertitude sur la distance calculée pour le pixel de profondeur du deuxième niveau à partir de la distance calculée pour le pixel de profondeur du premier niveau.
Selon un mode de réalisation, k est égal à 1, chaque pixel de profondeur comprend au moins deux photodétecteurs, chaque pixel de profondeur du premier niveau est associé à un pixel de profondeur correspondant du deuxième niveau, et les centres des pixels de profondeur du premier niveau sont décalés par rapport aux centres des pixels de profondeur correspondants du deuxième niveau.
Selon un mode de réalisation, le décalage est constant à chaque capture ; ou à chaque deux captures successives, le décalage est mis en œuvre pour une seule des deux captures ; ou à chaque deux captures successives le décalage est différent entre les deux captures.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande des pixels de profondeur est configuré pour mettre en œuvre le décalage.
Selon un mode de réalisation, le circuit de calcul est configuré pour améliorer la précision de la carte de profondeur dans une direction du décalage des centres des pixels de profondeur du premier niveau par rapport aux centres des pixels de profondeur correspondants du deuxième niveau.
Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs des pixels de profondeur sont organisés en lignes et en colonnes, les lignes sont orthogonales aux colonnes, les lignes et les colonnes sont orthogonales à une direction d'empilement du premier niveau sur le deuxième niveau, et le décalage correspond à un décalage d'une ligne et/ou d'une colonne.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un circuit configuré pour synchroniser les premières, deuxièmes et troisièmes durées du premier niveau avec, respectivement, les premières, deuxièmes et troisièmes durées du deuxième niveau.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une source lumineuse configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude à la première fréquence uniquement.
Selon un mode de réalisation, le capteur est configuré pour recevoir le signal lumineux réfléchi du côté du premier niveau.
Selon un mode de réalisation, au moins le premier niveau comprend en outre des pixels d'image 2D.
Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs des pixels de profondeur sont organisés en lignes et en colonnes, les lignes étant orthogonales aux colonnes, les lignes et les colonnes étant en outre orthogonales à une direction d'empilement du premier niveau sur le deuxième niveau, et dans lequel les pixels d'image 2D sont disposés entre deux lignes successives et/ou entre deux colonnes successives.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'une image de profondeur ;
la est un graphique illustrant un exemple d’intensité lumineuse d’un signal lumineux émis et renvoyé ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, illustrant un mode de réalisation d'un capteur d'un signal lumineux d'un dispositif d'acquisition d'une image de profondeur ;
la représente un mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ;
la représente un autre mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ;
la représente encore un autre mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ;
la représente encore un autre mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ;
la illustre, dans le domaine fréquentiel, des détails d'un mode de réalisation du capteur de la ;
la représente un mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la ;
la représente un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la ;
la représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la ;
la représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la ;
la représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la ;
la représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la ;
la représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la ; et
la illustre une variante de réalisation du capteur de la .

Claims (23)

  1. Dispositif (10) d'acquisition d'une image de profondeur d'une scène, comprenant un capteur (12) d'un signal lumineux réfléchi correspondant à la réflexion sur la scène d'un signal lumineux incident, dans lequel :
    - le capteur (12) comprend un premier niveau de détection (W1) empilé sur un deuxième niveau de détection (W2) ;
    - chaque niveau de détection (W1 ; W2) comprend une matrice de pixels de profondeur (Pix1 ; Pix2), chaque pixel de profondeur (Pix1 ; Pix2) dudit niveau (W1 ; W2) comprenant au moins un photodétecteur (101 ; 131) et étant configuré pour acquérir au moins des premiers (C0-1 ; C0-2), deuxièmes (C1-1 ; C1-2) et troisièmes (C2-1 ; C2-3) échantillons de charges photogénérées dans ledit pixel pendant des premières (C0-1 ; C0-2), deuxièmes (C1-1 ; C1-2) et troisièmes (C2-1 ; C2-3) durées respectives, les premières, deuxièmes et troisièmes durées dudit niveau (W1 ; W2) étant périodiques selon une première fréquence (Fmod1 ; Fmod2) dudit niveau,
    - chaque photodétecteur (101) du premier niveau (W1) est superposé sur un photodétecteur (131) du deuxième niveau (W2) , et
    - la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2) est égale à k fois la première fréquence (Fmod1) du premier niveau (W1), avec k un nombre supérieur ou égal à 1,
    le dispositif comprenant en outre un circuit de calcul (20) configuré pour calculer, pour chaque pixel de profondeur de chacun des premier et deuxième niveaux, une distance à partir des premiers, deuxièmes et échantillons dudit pixel de profondeur, et, à partir desdites distances calculées, une carte de profondeur de la scène de précision augmentée par rapport à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances calculées pour les pixels de profondeur du premier niveau et à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances calculées pour les pixels de profondeur du deuxième niveau.
  2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre un circuit de commande des pixels de profondeur.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le nombre k est strictement supérieur à 1.
  4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le nombre k est un entier.
  5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le nombre k est strictement supérieur à 7.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant une source lumineuse (16) configurée pour fournir le signal lumineux incident de sorte que :
    le signal lumineux incident comprenne un premier signal lumineux à une première longueur d'onde et un deuxième signal lumineux à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde,
    le premier signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence (Fmod1) du premier niveau (W1), et
    le deuxième signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2).
  7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant un filtre disposé entre les premier et deuxième niveaux (W1, W2) du capteur (12), configuré pour bloquer le premier signal lumineux et laisser passer le second signal lumineux.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant en outre une source lumineuse (16) configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude simultanément à la première fréquence (Fmod1) du premier niveau (W1) et à la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2).
  9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le nombre k est déterminé de sorte que la contribution de la première fréquence (Fmod1) du premier niveau (W1) sur une mesure, par le deuxième niveau (W2), de la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2) dans le signal réfléchi soit inférieure à une valeur cible.
  10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le nombre k est supérieur ou égal à 20.
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, dans lequel chaque pixel de profondeur (Pix1) du premier niveau (W1) est associé à un pixel de profondeur (Pix2) correspondant du deuxième niveau (W2).
  12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel chaque pixel de profondeur (Pix1) du premier niveau (W1) est empilé sur le pixel de profondeur (Pix2) du deuxième niveau (W2) auquel il est associé.
  13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel, pour chaque empilement d'un pixel de profondeur (Pix1) du premier niveau (W1) sur un pixel de profondeur (Pix2) du deuxième niveau (W2), le circuit de calcul est configuré pour lever une incertitude sur la distance calculée pour le pixel de profondeur (Pix2) du deuxième niveau (W2) à partir de la distance calculée pour le pixel de profondeur (Pix1) du premier niveau (W1).
  14. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel :
    k est égal à 1,
    chaque pixel de profondeur (Pix1 ; Pix2) comprend au moins deux photodétecteurs (101 ; 131),
    chaque pixel de profondeur (Pix1) du premier niveau (W1) est associé à un pixel de profondeur (Pix2) correspondant du deuxième niveau (W2), et
    les centres (O) des pixels de profondeur (Pix1) du premier niveau (W1) sont décalés par rapport aux centres (O) des pixels de profondeur (Pix2) correspondants du deuxième niveau (W2).
  15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel :
    le décalage est constant à chaque capture ; ou
    à chaque deux captures successives, le décalage est mis en œuvre pour une seule des deux captures ; ou
    à chaque deux captures successives le décalage est différent entre les deux captures.
  16. Dispositif selon la revendication 14 ou 15 prise dans sa dépendance à la revendication 2, dans lequel le circuit de commande des pixels de profondeur (Pix1, Pix2) est configuré pour mettre en œuvre ledit décalage.
  17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel le circuit de calcul (20) est configuré pour améliorer la précision de la carte de profondeur dans une direction du décalage des centres (O) des pixels de profondeur (Pix1) du premier niveau (W1) par rapport aux centres (O) des pixels de profondeur (Pix2) correspondants du deuxième niveau (W2).
  18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel :
    les photodétecteurs (101 ; 131) des pixels de profondeur (Pix1, Pix2) sont organisés en lignes (L) et en colonnes (R),
    les lignes (L) sont orthogonales aux colonnes (R),
    les lignes et les colonnes sont orthogonales à une direction (z) d'empilement du premier niveau (W1) sur le deuxième niveau (W2), et
    ledit décalage correspond à un décalage d'une ligne (L) et/ou d'une colonne (R).
  19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, comprenant en outre un circuit configuré pour synchroniser les premières, deuxièmes et troisièmes durées (C0-1, C1-1, C2-1) du premier niveau (W1) avec, respectivement, les premières, deuxièmes et troisièmes durées (C0-2, C1-2, C2-2) du deuxième niveau (W2).
  20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 19, comprenant en outre une source lumineuse (16) configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude à la première fréquence (Fmod1) uniquement.
  21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans lequel le capteur (12) est configuré pour recevoir le signal lumineux réfléchi du côté du premier niveau (W1).
  22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, dans lequel au moins le premier niveau (W1) comprend en outre des pixels (P3) d'image 2D.
  23. Dispositif selon la revendication 22, dans lequel les photodétecteurs (101, 131) des pixels de profondeur (Pix1, Pix2) sont organisés en lignes (L) et en colonnes (R), les lignes étant orthogonales aux colonnes, les lignes et les colonnes étant en outre orthogonales à une direction (z) d'empilement du premier niveau (W1) sur le deuxième niveau (W2), et dans lequel les pixels d'image 2D (P3) sont disposés entre deux lignes successives et/ou entre deux colonnes successives.
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