Dynamique = capacité en électron / bruit de lecture
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Les capteurs pour l’imagerie planétaire, lunaire et solaire Frédéric Jabet Solaire ≈ planétaire ≠ ciel profond Frédéric Jabet • Ciel profond + Rendement quantique + Bruit de lecture + Signal/bruit de noir + Sensibilité ligne HA Karine Chevalier Frédéric Jabet • Planétaire (sauf Lune) • Solaire / Lunaire + Rendement quantique + Bruit de lecture + Réponse en R/IR + Bruit de lecture + Dynamique + Débit d’image Cela peut être le même capteur (ex ICX285) Pas la même électronique Les caractéristiques des capteurs et caméras à connaître et comprendre Les spécifications importantes d’une caméra 1/3 • Rendement quantique – Efficacité dans la conversion entre photons et électrons – Varie en fonction de la longueur d’onde – Dépend du capteur et de sa version • Capacité en électrons (well depth) – Participe à la dynamique – Dépend du capteur et de la taille des photosites Les spécifications importantes d’une caméra 2/3 • Shutter mode – Méthode de lecture des lignes – Rolling shutter : pas de cohérence temporelle, moins de bruit de lecture – Global shutter : cohérence temporelle, demande une meilleure électronique • Vitesse de lecture – Vitesse à laquelle les charges des photosites sont transférées vers les registres – Dépend du capteur et de la caméra – Joue sur le bruit de lecture – Photosites/s ou (M)Hz Les spécifications importantes d’une caméra 3/3 • Bruit de lecture – Bruit généré lors de la lecture/amplification/conversion des charges – Donné en électrons RMS – Dépend du capteur, de la caméra et du type de shutter (rolling/global) • Dynamique – – – – Capacité à discriminer hautes et basses lumières Dynamique = capacité en électron / bruit de lecture Dépend du capteur et de la caméra Données en bits ou db – Ex ICX445 : 6900/9,6 = 718 niveaux de gris – 718 ≈ 29,5 En résumé – – Un bon signal/bruit De la dynamique Pourquoi ? Pourquoi ? Plus d’accentuation Renforcement des contrastes – – Comment ? – – – – Acquisition des faibles contrastes Modelé (mers lunaires) Comment ? Débit (interface) Sensibilité Bruit de lecture Bonne électronique – – – De figer la turbulence Pourquoi ? – – Limiter la perte de résolution Facilité le morphing Comment ? – – – Sensibilité Mode de shutter Débit Bruit de lecture faible Capacité en eQuantification 12 bits Comprendre la photodiode et les capteurs Emmanuel Beaudoin, C14, Basler 1300 Synoptique CCD et CMOS sont constitués de photodiodes Fuji Fonctionnement d’une photodiode Photon incident Jonction NP (charge négative/électron – positive/trou) : potentiel électrique Les photons arrachent un électron aux atomes du substrat Les électrons sont capturés par le champ de potentiel Plus la longueur d’onde est élevée et plus le photon pénètre profondément dans le capteur Charge Silicium N Electrode Silicium P Isolant Capteur CCD / CMOS Wikipedia La spécificité du capteur CCD est le transfert des charges vers les étages de lecture. Transfert des charges colonne par colonne Le CMOS comporte une amplification par jonction et une structure matricielle En général un ADC par colonne Toute l’électronique est sur le capteur E2V Potentiel Capteur front illuminated classique Le potentiel décroît rapidement : la depletion zone (zone de potentiel élevé de la jonction) est étroite Un électron généré trop profondément ne sera pas capturé mais se recombine avec le substrat : cas du R/IR Les technologies qui améliorent les performances Emmanuel Claude Navarro, Beaudoin, Basler Basler 1300 1300 Potentiel Capteur front illuminated thinned Le capteur est aminci pour améliorer le niveau de potentiel et donc le rendement quantique La perte d’électron à l’entrée est faible : meilleure sensibilité dans le bleu Les photons R/IR traversent le substrat Capteurs deeply depleted Potentiel L’épaisseur du capteur est augmentée Un silicium dopé à haute résistance électrique permet de maintenir le potentiel élevé L’épaisseur permet d’éviter la perte de photon dans R/IR Baisse de sensibilité dans le bleu Coût de fabrication élevé Comparaison standard/deep depletion 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400 450 500 550 600 650 700 750 800 CMOSIS CMV4000 : 5 et 12µm 850 900 950 1 000 E2V 76C560 et 76C661 NIR Frontside/Backside illumination Document E2V/DGA Inversion électronique/puit de potentiel – – Suppression éventuelle des µlentilles Coût de revient plus élevé Meilleur rendement Ouverture numérique supérieure Meilleure MTF Comparaison FI/BI sur base E2V 76C560 Le rolling shutter Permet de réduire la vitesse de lecture unitaire tout en conservant le débit global – – Réduction du bruit de lecture Coût inférieur Absence de cohérence temporelle – – Les lignes ne sont pas acquises en même temps Deux images N et N+1 exposées en même temps Gênant si exposition ≈ cohérence turbulence – – T0=R0 / Vitesse vent R0 faible de jour : T0 < ms → Absence de cohérence entre les lignes d’une même image Utilisable si exposition >> cohérence turbulence Le rolling shutter Capteur rolling shutter 4ms E2V 76C560 Capteur global shutter 4ms E2V 76C560 Images traitées (stacking / ondelettes)
