Le Capteur

Question 1

Qu’est le but d’un capteur ?

Answer 1

De retranscrire le plus fidèlement possible l’image d’un objet formée à la surface par un système optique pour qu’un humain puisse l’identifier

Question 2

Que sont les 2 types principaux de capteurs d’images dans le visible ?

Answer 2

• CCD (Charge Coupled Device)
• CMOS (Complimentary Metal Oxyde Semiconductor)

Question 3

Que sont les différences principales entre CCD et CMOS ?

Answer 3

• La manière de lire l’information du capteur
• Le CMOS a une consommation moindre que le CCD

Question 4

Que sont les types de matériaux dans un capteur ?

Answer 4

• Des matériaux conducteurs
• Des matériaux isolants
• Des matériaux semi-conducteurs

Question 5

Qu’est qu’un conducteur ?

Answer 5

Beaucoup d’électrons libres dans le matériau

Question 6

Qu’est qu’un isolant ?

Answer 6

Pas ou peu d’électrons libres

Question 7

Qu’est qu’un semi-conducteur ? Exemples ?

Answer 7

matériau proche d’un isolant dans des conditions naturelles, mais qui est capable de modifier leur conduction propre

Le Silicium

Question 8

Qu’est que doper un semi-conducteur ?

Answer 8

C’est introduire des impuretés dans le matériau pour augmenter la conductivité par remplacement d’atomes

Question 9

Que sont les deux types de dopages de semi-conducteurs ? Exemples ?

Answer 9

• N-type: Dopant donneur (ajout d’électrons libres) ex: Phosphore
• P-type: dopant accepteur (trou d’électrons) ex; Bore

Question 10

Qu’est qu’une diode ?

Answer 10

Un composé avec une anode-Ptype-Ntype-Cathode. On peut manipuler le déplacement d’électrons d’une couche à l’autre

Slide 6

Question 11

Qu’est qu’un transistor ?

Answer 11

C’est un déclencheur qui permet de manipuler la direction des électrons. C’est un truc composé de trois couche de silicium PNP ou NPN ou un ajout d’une couche par rapport a un transistor.

L’ajout d’un courant électrique dans la partie centrale permet de déclencher le flux électrique(on/off) au travers du dispositif

Un chip en silicium peut contenir plusieurs millions de transistors qui fonctionnent comme des déclencheurs indépendants

Question 12

Qu’est qui à la base d’un capteur ?

Answer 12

le MOS (metal oxide semiconductor)

Question 13

A quoi ressemble un MOS ?

Slide 9

Answer 13

P-type silicium dopé à l’aluminium sur un substrat en silicium (partie verte)
Au dessus se forme des portes avec des électrodes en métal sur lesquelles on apporte un voltage +
Entre c’est deux partie se forme une zone de dépletion donc entre l’électrode positive et l’électrode terre -

Voir slide 9 ou résumé

Question 14

Que fait la zone de dépletion ?

Answer 14

Elle est capable d’absorber l’énergie de la lumière

Question 15

Par quoi est affectée la quantité de charge d’électrons qui peuvent être collectée ?

Answer 15

• La taille physique de la couche d’oxyde
• La tension appliqué (Varie en fonction de la sensi ISO qui permet d’amplifier différemment les électrons dans la zone de dépletion)
• La surface de l’électrode porte

Question 16

Comment est nommé la quantité total d’électrons qui peut être stocké dans les zone des dépletions ?

Answer 16

La Well Capacity

Question 17

Est-ce que toutes les longueurs d’ondes sont traités de la même manière ? Comment ?

Answer 17

Non, les longueurs d’ondes plus petites vont plus profondément dans le capteur donc les longueurs d’ondes plus élevées sont moins captées (IR ne sont pas captés)

Question 18

Qu’est une différence au niveau des transistors entre les CMOS et les CCD ?

Answer 18

Les CMOS on plus de transistors donc leur zones de dépletion sont plus petites que les CCD. Cela fait que les CCD peuvent mieux capter les longueurs d’ondes que les CMOS (utilité en Astonomie)

Question 19

Comment fonctionne la lecture des infos dans un CMOS ? Et dans un CCD ? Observer les différences

Answer 19

Dans un CCD: L’information électrique est transférée de porte à porte à la fin de l’acquisition et acheminée en 1 seul coin et est lue par une horloge. Qui peut ensuite être reconstitué dans l’espace

Dans un CMOS: Chaque info est lu “in situ” par ces propres transistors qui aident la lecture, l’amplification et la remise à zero du signal. Le fait qu’il n’y a pas d’horloge centrale reduit la consommation d’énergie.

Question 20

Que fait le faite d’augmenter la quantité de transistors ?

Answer 20

Une augmentation des transistors diminu le bruit à la remise à zéro et diminue le bruit dans la lecture

Question 21

Caractéristiques du CMOS:

Answer 21

• Fabrication identique à 90% aux chips informatiques
• Production de masse à bas coût
• Chaque pixel a se propre amplification: Active Pixel Sensor
• Chaque pixel est adressable individuellement
• Pas d’horloge compliquées
• Faible consommation électrique (100x moins que CCD)
• Cadence de lecture élevée
• Plus de bruit dû à l’architecture plus compliquée de chaque photosite

Question 22

A quoi ressemble un photosite CMOS ?

Answer 22

Une zone (peut être carré ou hexagonale) remplie de transistors avec que 1/6 de la surface qui est une zone sensible. Il faut donc utiliser des lentilles pour condenser les rayons sur la surface sensible

Question 23

Caractéristiques principales des capteurs:

Answer 23

• La taiile du capteur: généralement 24x36
• La taille des pixels (affecte la well capacity)
• La fraction de l’aire sensible par pixel
• Le maximum de charge du pixel aka full well
• Le bruit: une multitude de bruits différents existent
• La plage dynamique du capteur (le ration bruit de fond (signal min)-full well)
• La résolution ( ratio taille et quantité de photosites)
• La réponse spectrale du capteur

Question 24

Que sont des sources de bruit ?

Answer 24

Augmenter la sensi ISO augmente l’amplification du signal qui peut créer des distortions (teintes un peu plus rouges ou vertes)
Des photosites qui sont trop remplis vont déborder dans d’autre ce qui créera des distortions

Question 25

Comment fonctionne l’amplification du signal des photosites ?

Answer 25

Il faut amplifier le signal car le signal reçu ne contient que très peu d’information électrique.
Chaque couche a une amplification différente car les longueurs d’ondes longues sont moins captée donc doivent être plus amplifiée que d’autres. C’est à ce stade qu’intervient la balance des blancs pour des corrections

Question 26

Comment fonctionne la quantification des signaux ?

Answer 26

Après amplification des valeurs sont assignés au mieux au signal entrant

Question 27

Est-ce que tous les capteurs capturent des images en couleurs ?

Answer 27

Non, ils ne capturent que des niveaux de gris

Question 28

Comment fait-on pour capturer des images en couleurs si les capteurs ne capte que des niveaux de gris ?

Answer 28

En utilisant un filtre de couleur ayant un motif spécifique composé de filtres verts, bleux et rouges.

Le fiiltre de Bayer par exemple est composé de 50% de filtres verts, 25% de filtres bleux et 25% de filtres rouges car l’oeil humain est plus sensible au vert.

Chaque photosite reçoit les informations d’un niveau de couleur puis l’ensemble est reconstitué en utilisant les infos des pixels voisins pour former les vrais couleurs

Question 29

Quels changement est provoqué en utilisant que par exemple de la lumière rouge ?

Answer 29

Pour un filtre de Bayer, que 25% des photosites reçoivent de l’information. Donc l’image totale est d’une qualité moins bien

Question 30

Qu’est ce qui est nécessaire pour transformé un ensemble de pixels de couleur en une image RAW ?

4

Answer 30

Des opérations très complexes qui sont réalisés par des logiciels dédiés et propriétaires. Les challenges de ça sont: de garder les détails de l’image, de maintenir un rendu correct des couleurs et de lutte contre les artefacts (aliasing des couleurs)
Notamment:
- le dématriçage
- les corrections de couleurs et d’exposition
- les réductions du bruit
- le renforcemet de la netteté

Question 31

Qu’est du aliasing ?

Answer 31

Si il n’y a pas assez de pixels pour que la fréquence de l’objet soit correcte (apparait comme des lignes qui n’existent pas)