FR3043797A1 - - Google Patents

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FR3043797A1
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FR
France
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photon
counter
distance
logic device
circuit
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Withdrawn
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FR1560949A
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Inventor
Marc Drader
Pascal Mellot
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STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
Original Assignee
STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure de distance comprenant : un réseau de dispositifs de détection de photons adapté à recevoir un signal optique réfléchi par un objet dans une scène image ; des premier et deuxième dispositifs logiques (501-0, 501-1) adaptés à combiner les sorties d'une première et d'une deuxième pluralités de dispositifs de détection de photons ; un premier circuit de détection de distance (RANGING 00) couplé à des sorties des premier et deuxième dispositifs logiques (501-0, 501-1) ; un premier compteur (COUNTER 0) couplé à la sortie du premier dispositif logique (501-0) et adapté à générer une première valeur de pixel en comptant des événements générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons ; et un deuxième compteur (COUNTER 1) couplé à la sortie du deuxième dispositif logique (501-1) et adapté à générer une deuxième valeur de pixel en comptant des événements générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE DISTANCE AYANT DES CAPACITES DE CAPTURE
D'IMAGE
Domaine
La présente description concerne le domaine de la mesure de distance sur la base d'un calcul de temps de parcours, et en particulier un dispositif de mesure de distance ayant des capacités de capture d'image.
Art antérieur
Les réseaux SPAD (diode à avalanche par photon unique) peuvent être utilisés dans diverses applications, comprenant la mesure de distance, la reconnaissance de gestes en Z ou 3D et pour l'imagerie 3D. Un dispositif pour de telles applications comprend en général une source de lumière pour émettre une impulsion optique vers la scène image. La lumière réfléchie renvoyée par tout objet se trouvant dans la scène image est détectée par le réseau SPAD, et est utilisée pour déterminer le temps de parcours de l'impulsion optique. La distance entre l'objet et le dispositif peut ensuite être déduite sur la base de ce temps de parcours.
La détection par le réseau SPAD de l'impulsion optique renvoyée est basée sur la détection d'événements dans les cellules du réseau SPAD. En particulier, chaque cellule va fournir une impulsion de sortie lorsqu'un photon est détecté, et en surveillant les événements, l'instant d'arrivée de l'impulsion renvoyée peut être estimé.
Un réseau SPAD comprenant des colonnes et des rangées de SPAD permet de capturer le contenu d'une scène en deux dimensions à l'aide du réseau. Les sorties des SPAD sont combinées et sont fournies à un détecteur de phase afin d'estimer le temps de parcours.
Une difficulté réside en ce que, en fonction du contenu bidimensionnel de la scène, certaines des SPAD du réseau peuvent fournir un signal de sortie ayant un mauvais rapport signal-sur-bruit (SNR), ce qui conduit à des imprécisions dans le calcul du temps de parcours.
Il existe donc un besoin dans la technique d'un procédé et d'un dispositif pour compenser de tels pixels de façon simple et efficace. Résumé
Un objet de modes de réalisation de la présente description est de résoudre au moins partiellement un ou plusieurs problèmes de l'art antérieur.
Selon un aspect, on prévoit un dispositif de mesure de distance comprenant : un réseau de dispositifs de détection de photons adapté à recevoir un signal optique réfléchi par un objet dans une scène image ; un premier dispositif logique adapté à combiner les sorties d'une première pluralité des dispositifs de détection de photons ; un deuxième dispositif logique adapté à combiner les sorties d'une deuxième pluralité des dispositifs de détection de photons ; un premier circuit de détection de distance couplé à des sorties des premier et deuxième dispositifs logiques ; un premier compteur couplé à la sortie du premier dispositif logique et adapté à générer une première valeur de pixel en comptant des événements générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons ; et un deuxième compteur couplé à la sortie du deuxième dispositif logique et adapté à générer une deuxième valeur de pixel en comptant des événements générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure de distance comprend en outre un circuit de commande adapté à sélectionner ou désélectionner la sortie du premier dispositif logique sur la base de la première valeur de pixel et à sélectionner ou désélectionner la sortie du deuxième dispositif logique sur la base de la deuxième valeur de pixel.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est adapté à comparer la première valeur de pixel à un premier niveau de seuil et à désélectionner la sortie du premier dispositif logique si la première valeur de pixel est inférieure au premier niveau de seuil.
Selon un mode de réalisation, le premier compteur est adapté à : générer la première valeur de pixel en comptant des événements pendant que le signal optique est transmis dans la scène image ; générer une première valeur de pixel d'ambiante en comptant des événements générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons pendant qu'aucun signal optique n'est transmis dans la scène image ; et générer un premier rapport signal-sur-bruit sur la base de la première valeur de pixel et de la première valeur de pixel d'ambiante, et désélectionner la sortie du premier dispositif logique si le premier rapport signal-sur-bruit est inférieur à un deuxième niveau de seuil.
Selon un mode de réalisation, les première et deuxième pluralités de dispositifs de détection de photons font partie d'une première zone du réseau, le réseau comprenant en outre une deuxième zone, le dispositif de mesure de distance comprenant en outre : un troisième dispositif logique adapté à combiner les sorties d'une troisième pluralité de dispositifs de détection de photons de la deuxième zone ; et un deuxième circuit de détection de distance couplé à une sortie du troisième dispositif logique.
Selon un mode de réalisation, le premier circuit de détection de distance comprend : un premier circuit compteur couplé à une sortie du premier dispositif logique et adapté à générer une première valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons ; un deuxième circuit compteur couplé à une sortie du deuxième dispositif logique et adapté à générer une deuxième valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons ; et un circuit d'estimation de distance adapté à estimer la distance de l'objet en estimant la position temporelle d'une ou plusieurs impulsions du signal optique sur la base des première et deuxième valeurs de comptage.
Selon un mode de réalisation, le premier circuit compteur est adapté à générer la première valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons pendant une première fenêtre temporelle, et à générer une troisième valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons pendant une deuxième fenêtre temporelle consécutive à la première fenêtre temporelle ; et le deuxième circuit compteur est adapté à générer la deuxième valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons pendant la première fenêtre temporelle et à générer une quatrième valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons pendant la deuxième fenêtre temporelle.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure de distance comprend en outre un premier additionneur adapté à additionner les première et deuxième valeurs de comptage pour générer une première valeur de comptage combinée ; et un deuxième additionneur adapté à additionner les troisième et quatrième valeurs de comptage pour générer une deuxième valeur de comptage combinée, le premier circuit de détection de distance étant adapté à déterminer la position temporelle desdites une ou plusieurs impulsions du signal optique sur la base des première et deuxième valeurs de comptage combinées.
Selon un mode de réalisation, le premier circuit de détection de distance est adapté à calculer la différence entre les première et deuxième valeurs de comptage combinées, et à déterminer la position temporelle desdites une ou plusieurs impulsions optiques sur la base de la différence.
Selon un mode de réalisation, le premier circuit d'estimation de distance comprend un détecteur de phase sigma-delta.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure de distance comprend en outre un émetteur optique adapté à émettre le signal optique en direction de l'objet dans la scène image.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième dispositifs logiques sont des arbres de portes OU.
Selon un mode de réalisation, les dispositifs de détection de photons sont des dispositifs SPAD (diode à avalanche par photon unique).
Selon un autre aspect, on prévoit un procédé comprenant : recevoir, par un réseau de dispositifs de détection de photons, un signal optique réfléchi par un objet dans une scène image ; combiner, par un premier dispositif logique, les sorties d'une première pluralité des dispositifs de détection de photons ; combiner, par un deuxième dispositif logique, les sorties d'une deuxième pluralité des dispositifs de détection de photons ; générer, par un premier compteur couplé à la sortie du premier dispositif logique, une première valeur de pixel en comptant des événements générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons ; générer, par un deuxième compteur couplé à la sortie du deuxième dispositif logique, une deuxième valeur de pixel en comptant des événements générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons ; et estimer, par un premier circuit de détection de distance couplé "à des sorties des premier et deuxième dispositifs logiques, une distance de l'objet.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre : sélectionner ou désélectionner, par un circuit de commande, la sortie du premier dispositif logique sur la base de la première valeur de pixel ; et sélectionner ou désélectionner, par le circuit de commande, la sortie du deuxième dispositif logique sur la base de la deuxième valeur de pixel.
Selon un mode de réalisation, le signal optique est un signal d'onde carrée, ou un signal d'onde sinusoïdale, ou un signal d'onde triangulaire, ou un signal d'onde en dents de scie.
Brève description des dessins
Les caractéristiques et avantages susmentionnés, et d'autres, apparaîtront clairement à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'illustration et non de limitation, en faisant référence aux dessins joints dans lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un dispositif SPAD selon un exemple de réalisation de la présente description ; la figure 2 illustre schématiquement un circuit de détection de retard de la figure 1 plus en détail selon un exemple de réalisation ; la figure 3 est un chronogramme illustrant des exemples de signaux dans le circuit de la figure 2 selon un exemple de réalisation ; la figure 4 illustre schématiquement un réseau SPAD cible et un circuit de détection de la figure 1 plus en détail selon un exemple de réalisation de la présente description ; la figure 5Ά illustre schématiquement des parties des circuits de la figure 4 plus en détail selon un exemple de réalisation ; la figure 5B illustre schématiquement un circuit de sélection de la figure 5A plus en détail selon un exemple de réalisation ; la figure 6 est un organigramme illustrant des étapes dans un procédé de détection de la distance d'un ou plusieurs objets dans une scène image selon un exemple de réalisation ; et la figure 7 illustre schématiquement un circuit de lecture selon un autre mode de réalisation de la présente description.
Description détaillée
Dans la présente description, le terme "connecté" est utilisé pour désigner une connexion électrique directe entre deux éléments, alors que le terme "couplé" est utilisé pour désigner une connexion électrique entre deux éléments qui peut être directe, ou qui peut se faire par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres composants comme des résistances, des condensateurs ou des transistors. En outre, tel qu'il est utilisé ici, le terme "autour de" est utilisé pour désigner une plage de +/-10 pourcent autour de la valeur en question.
Bien que dans la présente description, on décrive des modes de réalisation comprenant un dispositif de mesure de distance ayant la forme d'un réseau SPAD, les principes du circuit et du procédé décrits ici pour calculer une distance par rapport à un objet pourraient être appliqués à des réseaux constitués d'autres types de dispositifs de détection de photons.
La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de mesure de distance 100 mettant en oeuvre une fonction de mesure de distance. Le dispositif 100 comprend une source de lumière 102, qui est par exemple un laser, pour générer un signal optique, constitué par exemple d'un faisceau d'impulsions optiques, transmis dans la scène image, par - exemple par l'intermédiaire d'une lentille 104. Les impulsions optiques renvoyées sont par exemple reçues par l'intermédiaire d'une autre lentille 106.
Le dispositif de mesure de distance 100 comprend en outre un circuit d'estimation de distance 108 pour estimer la distance entre le dispositif 100 et un objet dans la scène image contre lequel se réfléchissent les impulsions optiques. Le circuit d'estimation de distance 108 comprend par exemple un réseau SPAD cible (TARGET SPAD) 110, qui reçoit les impulsions optiques renvoyées par l'intermédiaire de la lentille 106. Le réseau SPAD cible 110 comprend par exemple un réseau constitué d'entre 4 et plusieurs centaines de cellules SPAD.
Le circuit d'estimation de distance 108 comprend aussi par exemple un réseau SPAD de référence (REF SPAD) 112, qui a par exemple les mêmes dimensions, ou des dimensions plus petites, que le réseau SPAD cible 110, et qui reçoit une réflexion interne des impulsions optiques émises. Dans certaines modes de réalisation, le réseau SPAD de référence est un réseau monodimensionnel, ayant par exemple seulement une rangée ou une colonne de cellules SPAD.
Un circuit de détection de retard (DELAY DETECTION) 114 est par exemple couplé au réseau SPAD cible 110 et au réseau SPAD de référence 112, et estime le retard entre chaque impulsion optique émise et l'impulsion optique renvoyée reçue par le réseau SPAD cible 110, afin de fournir une estimation de distance (RANGE ESTIMATION) de l'objet. Le circuit d'estimation de distance 108 comprend aussi par exemple un circuit de génération de fréquence (FREQUENCY GENERATION) 116, qui génère un signal de tension VCSEL fourni à un circuit de modulation laser (LASER MOD) 118 pour générer un signal pour piloter la source de lumière 102. Le circuit de détection de retard 114 fournit par exemple un signal de commande CTRL au circuit de génération de fréquence 116 pour contrôler la période du signal VCSEL.
La figure 2 illustre schématiquement un circuit 200 faisant partie du circuit de détection de retard 114 de la figure 1 plus en détail selon un exemple de réalisation dans lequel les sorties de toutes les cellules SPAD du résèau SPAD cible 110 sont combinées sur une seule ligne. En particulier, un arbre de portes OU (OR TREE) 202 a des entrées couplées respectivement à la sortie de chacune des cellules SPAD SPAD1 à SPADN du réseau 110, et fournit, sur sa ligne de sortie 204, des impulsions générées à chaque fois qu'un événement est détecté par l'une quelconque des cellules SPAD.
Le circuit 200 comprend par exemple des compteurs, couplés à la ligne de sortie 204, pour compter les événements détectés. Dans l'exemple de la figure 2, la ligne de sortie 204 est couplée à l'entrée d'horloge d'un compteur montant (UP) 206 et d'un compteur descendant (DN) 208. Le compteur montant 206 est activé pendant une période de comptage montant, sur là base d'un signal UP reçu d'ion circuit de commande de compteur (COUNTER CONTROL) 210, qui reçoit un signal d'horloge CLK. De façon similaire, le compteur descendant 208 est activé pendant une période de comptage descendant, sur la base d'un signal DN reçu du circuit de commande de compteur 210. La sortie du compteur 206 est par exemple cadencée par une bascule 212 sur la base du signal d'horloge CLK, et la sortie du compteur 208 est par exemple cadencée par une bascule 214 sur la base du signal d'horloge CLK. Une différence entre les sorties des bascules 212 et 214 est générée par un module de soustraction 216 pour obtenir un signal COUNT_SUM. Ce signal est analysé par un circuit de détection de phase 218, qui est par exemple un détecteur de phase sigma delta, afin de générer un signal de phase (PHASE) indiquant par exemple la position temporelle du centre de chaque impulsion optique reçue par le réseau SPAD cible 110. Le signal de phase PHASE est fourni au circuit de commande de compteur 210 et est utilisé pour déterminer la synchronisation à appliquer pour un cycle de détection ultérieur. En particulier, le signal de phase est par exemple utilisé pour contrôler les caractéristiques temporelles des signaux UP et DN, comme on va le décrire maintenant plus en détail.
Bien que cela ne soit pas illustré en figure 2, le circuit de détection de retard 114 comprend en outre par exemple un circuit similaire au circuit 200 pour générer un signal de phase de référence PHASE' indiquant la position temporelle du centre de chaque impulsion optique reçue par le réseau SPAD _ de référence 112. Le circuit de détection de retard 114 estime par exemple le temps de parcours des impulsions optiques sur la base de la différence de temps entre les signaux de phase PHASE et PHASE'.
La figure 3 est un chronogramme illustrant des exemples d'une fenêtre de comptage (COUNT WINDOW) des compteurs 206, 208 de la figure 2, et des signaux DN et UP contrôlant les compteurs 206, 208, du signal COUNT_SUM et du signal VCSEL utilisé pour générer des impulsions optiques.
La fenêtre de comptage pour chaque phase de détection a par exemple une durée tQ^, et les fenêtres de comptage sont séparées par des périodes de temps mort de durée tj-yr pendant lesquelles les compteurs 206, 208 sont désactivés. La somme des durées t^w et t^T est par exemple égale à la période d'impulsion optique, en d'autres termes à la période du signal VCSEL.
Le signal DN est par exemple activé pendant la première moitié de la fenêtre de comptage, et le signal UP est par exemple activé pendant la deuxième moitié de la fenêtre de comptage. Le signal VCSEL est par exemple le signal utilisé pour générer les impulsions optiques transmises. Le signal de phase PHASE généré par le circuit 218 indique par exemple la position temporelle du centre de la fenêtre de comptage pour une impulsion optique renvoyée suivante, sur la base de la différence COUNT^SUM entre les comptes montant et descendant. Le signal de phase PHASE' est par exemple généré de manière similaire sur la base de la position temporelle du centre de la fenêtre de comptage pour des impulsions optiques de référence, et la différence de temps entre les signaux de phase PHASE et PHASE' est ainsi utilisée pour estimer le temps de parcours de l'impulsion optique provenant de la scène image.
Dans l'exemple de la figure 3, le signal VCSEL est un signal à onde carrée, et les impulsions optiques générées forment aussi par exemple une onde carrée. Cependant, dans des variantes de réalisation, le signal VCSEL utilisé pour générer les impulsions optiques, et les impulsions optiques elles-mêmes, pourraient avoir d'autres formes. Dans certains exemples, le signal optique est un signal optique périodique. Par exemple, le signal VCSEL et les impulsions optiques pourraient former un signal d'onde sinusoïdale continue, ayant des pics qui correspondent aux impulsions optiques, et des creux dans lesquels le signal optique tombe à zéro. Dans un tel cas, la période du signal d'impulsion optique pourrait être la période de l'onde sinusoïdale. Dans d'autres exemples, le signal VCSEL et les impulsions optiques pourraient avoir la forme d'ondes triangulaires ou en dents de scie dans lesquelles les pics de ces signaux forment les impulsions optiques. Bien sûr, bien que le signal optique puisse être périodique, dans certains cas, la période peut varier d'un cycle au suivant, par exemple en raison de la gigue, ou en raison d'une variation de la fréquence des impulsions dans le temps.
La figure 4 illustre schématiquement le réseau SPAD cible 110 et une partie du circuit de détection de retard 114 de la figure 1 plus en détail selon une variante de réalisation par rapport à la figure 2.
Le réseau SPAD cible 110 comprend par exemple une pluralité de zones. Dans l'exemple de la figure 4, le réseau SPAD 110 comprend neuf zones agencées en trois rangées et trois colonnes. Les zones de la première rangée sont référencées de la gauche vers la droite 00, 01 et 02, les zones de la deuxième rangée sont référencées de la gauche vers la droite 10, 11 et 12, et les zones de la troisième rangée sont référencées de la gauche vers la droite 20, 21 et 22. Chacune des zones comprend par exemple une pluralité de SPAD.
Il est par exemple prévu une pluralité de circuits d'estimation de distance pour estimer la distance d'un objet capturé par les cellules SPAD dans chaque zone, un circuit d'estimation de distance étant par exemple prévu pour chaque zone du réseau SPAD 110. Les circuits d'estimation de distance permettent par exemple de générer une carte de profondeurs constituée des -valeurs générées par chaque circuit d'estimation. Par exemple, un circuit d'estimation de distance RANGING 00 est couplé aux sorties des SPAD de la zone 00, un circuit d'estimation de distance RANGING 01 est couplé aux sorties des cellules SPAD de la zone 01, et ainsi de suite, jusqu'à un circuit d'estimation de distance 22 couplé aux sorties des SPAD de la zone 22. Chacun des circuits d'estimation de distance RANGING 00 à RANGING 22 est par exemple mis en oeuvre par un circuit similaire au circuit 200 de la figure 2, et génère par exemple un signal de phase correspondant PHASE, ces signaux étant notés ΡΗ00 à PH22 en figure 4. Cependant, d'autres mises en oeuvre sont aussi possibles, comme cela est décrit plus en détail ci-après.
Les sorties des cellules SPAD de chaque zone 00 à 22 sont aussi par exemple couplées à un circuit compteur (COUNTER CIRCUIT) 402, comprenant une pluralité de compteurs pour compter des événements générés par les cellules SPAD de chaque zone. Par exemple, le circuit compteur 402 génère une image 2D, appelée aussi ici carte de signal, dans laquelle chaque pixel de la carte correspond à une valeur de comptage du nombre d'événements détectés par les SPAD d'une zone ou d'une sous-zone du réseau. La carte de signal peut être utilisée pour activer sélectivement des zones du réseau SPAD afin d'améliorer la précision de l'estimation de distance. Par exemple, les zones pour lesquelles le niveau de signal est faible peuvent être désélectionnées. En outre, la carte de signal peut être utilisée dans d'autres buts, comme pour aider à l'interpolation d'une carte de profondeur pour augmenter sa résolution, ou pour aider la détection de mouvements ou de gestes.
Un circuit de commande (CONTROL) 404 est par exemple adapté à générer un signal de sélection de SPAD (SPAD SELECTION) sur la base d'un ou plusieurs pixels de l'image capturée. Le signal de sélection de SPAD est utilisé pour contrôler un circuit de sélection de SPAD 406 couplé entre la sortie des cellules SPAD de chaque zone du réseau SPAD 110 et les dispositifs de mesure de distance RANGING 00 à RANGING 22. Le circuit de sélection de SPAD 406 comprend par exemple des circuits de sélection pour sélectionner les sorties de seulement certaines cellules SPAD ou de certains groupes de cellules SPAD dans le réseau, pour les fournir au circuit d'estimation de distance correspondant.
La figure 5A illustre schématiquement la zone 00 du réseau, le circuit d'estimation de distance 00, et une partie du circuit compteur 402 de la figure 4 plus en détail selon un exemple de réalisation.
Dans l'exemple de la figure 5A, la zone 00 du réseau SPAD cible 110 comprend un groupe de 12 par 12 cellules SPAD. Les cellules SPAD de la zone 00 sont par exemple divisées en macroblocs, chaque macrobloc comprenant 16 SPAD disposés en quatre rangées et quatre colonnes. Il y a par exemple 9 macroblocs dans chaque zone, agencés en trois rangées et trois colonnes. Chacune des autres zones 01 à 22 du réseau 110 a par exemple une structure similaire à la zone 00.
Dans certains modes de réalisation, comme cela est représenté par des hachures en diagonale dans certaines cellules SPAD de la figure 5A, chacun des macroblocs comprend au moins certaines cellules SPAD ayant une sensibilité réduite.
Par exemple, chacune des cellules SPAD représentées avec des hachures allant du bas à droite vers le haut à gauche comporte un écran à lumière formé sur elle, l'écran ayant une ouverture permettant à seulement un certain pourcentage de la lumière arrivant sur la cellule à partir de la scène image d'arriver sur la région photosensible de la cellule SPAD. Par exemple, l'ouverture de chacune de ces cellules SPAD permet le passage d'entre 50 et 90 pourcent de la lumière vers la cellule SPAD. Chacune des cellules SPAD représentées avec des hachures allant du bas à gauche vers le haut à droite comporte par exemple un écran à la lumière formé sur elle, l'écran ayant une ouverture permettant à un pourcentage encore plus faible de la lumière arrivant sur la cellule à partir de la scène image d'arriver sur la région photosensible de la cellule SPAD. Dans cet exemple, l'ouverture de chacune de ces cellules SPAD permet le passage d'entre 30 et 70 pourcent de la lumière vers la cellule SPAD.
Les cellules SPAD ayant une sensibilité réduite sont par exemple formées comme cela est décrit plus en détail dans la demande de brevet français N° FR15/52385 (référence du conseil B14045-14/GR2/0765FR01).
Les 16 cellules SPAD de chaque macrobloc ont par exemple leurs sorties couplées à une porte OU 501-0 à 501-8, associée respectivement aux neuf macroblocs de la zone. Chacune des portes OU 501-0 à 501-8 combine les sorties des cellules SPAD du macrobloc correspondant sur une seule ligne de sortie du macrobloc, référencée respectivement ΜΒ0 à MB8 en figure 5A. Les 9 sorties de macrobloc ΜΒ0 à MB8 sont par exemple amenées vers un bord du réseau, où elles sont couplées au circuit d'estimation de distance RANGING 00 associé à la zone 00, par exemple par l'intermédiaire d'un arbre de portes OU 502, qui combine les 9 signaux en un seul signal. En outre, un bloc de sélection (SELECT) 503 du circuit de sélection 406 est par exemple couplé entre les sorties du macrobloc et l'arbre de portes OU 502.
Chacune des neuf lignes de sortie de macrobloc de la zone 00 est aussi par exemple couplée à un compteur correspondant du circuit compteur 402. Les neufs compteurs associés à la zone 00 sont référencés COUNTERO à COUNTER8 en figure 5A.
Dans certains modes de réalisation, chacun des compteurs compte les événements détectés par les cellules SPAD du macrobloc correspondant pendant une fenêtre de comptage commune de tous les compteurs. En d'autres termes, tous les compteurs sont par exemple activés pendant la fenêtre de comptage commune pour compter les événements détectés. Par exemple, cette fenêtre de comptage commune a une durée comprise entre 5 et 20 ms, et par exemple égale à environ 10 ms.
La ligne de sortie de chaque compteur COUNTERO à C0UNTER8 est par exemple couplée à un multiplexeur 504 adapté à sélectionner les valeurs de comptage provenant de chaque compteur tour à tour pour les transmettre sur des lignes de sortie 506 pour mémorisation dans une mémoire (SRAM) 508. La mémoire 508 est par exemple une SRAM (mémoire statique à accès aléatoire). Les valeurs de comptage ont par exenple chacune une longueur de n+1 bits, où n est par exemple compris entre· 3 et 15.
Des adresses d'écriture pour mémoriser les valeurs de données dans la mémoire 508 sont par exemple fournies par une machine d'états finis (FSM) 510. La FSM 510 fournit aussi par exemple un signal de sélection (SELECT) sur une ligne 512 allant vers le multiplexeur 504.
Le multiplexeur 504 reçoit aussi par exenple les sorties d'autres compteurs du circuit compteur, qui sont par exemple couplées aux macroblocs d'autres zones du réseau. Par exemple, le circuit compteur 402 de la figure 4 comprend un total de 81 compteurs.
La figure 5B illustre schématiquement le bloc de sélection 503 de la figure 5A plus en détail selon un exemple de réalisation. Le bloc de sélection 503 comprend par exemple un bloc de commande (CTRL) 516 faisant partie du circuit de commande 404 de la figure 4, et adapté à générer des signaux de validation ΕΝ0 à ENm, où m+1 est le nombre de macroblocs dans la zone. Chacun des signaux de validation est couplé à une entrée d'une porte ET correspondante 518-0 à 518-m. Les autres entrées des portes ET 518-0 à 518-m sont couplées respectivement à des signaux de sortie MBO à MBm des macroblocs correspondants. Les sorties des portes ET 518-0 à 518-m sont couplées aux entrées de l'arbre de portes OU 502 de la figure 5A. Un circuit similaire est par exemple prévu pour chacune des autres zones du réseau.
La figure 6 est un organigramme illustrant des opérations dans un procédé d'estimation de la distance par rapport à un ou plusieurs objets dans une scène image. Ce procédé est par exemple réalisé au moins partiellement par le circuit de commande 404 de la figure 4.
Dans une opération 601, une image 2D de la scène image est capturée en utilisant le réseau SPAD. Par exemple, les compteurs du circuit compteur 402 de la figure 4 sont adaptés à compter des événements de détection de photons pour chaque macrobloc du réseau sur la base d'une fenêtre de détection pendant qu'une ou plusieurs impulsions optiques sont transmises dans la scène image. Les valeurs de comptage générées par chacun des compteurs sont ensuite par exemple mémorisées dans une mémoire.
Dans une opération 602, on détermine, par exemple par le circuit de commande 404, si la sortie d'un ou plusieurs macroblocs a un rapport signal-sur-bruit (SNR) faible. Par exemple, la valeur de comptage formant chaque pixel de l'image 2D est comparée à un niveau de seuil S-j-h/ et si elle est en-dessous du niveau de seuil, le macrobloc correspondant est considéré comme ayant un SNR faible. En plus ou à la place, les valeurs détectées peuvent être comparées à des niveaux ambiants afin de calculer le SNR. Par exemple, les sorties des macroblocs sont capturées pendant que des impulsions optiques sont transmises dans la scène image afin de générer une carte de signal, représentant la scène image en présence du signal optique. La carte d'ambiante est aussi par exemple capturée pendant qu'aucune impulsion optique n'est transmise dans la scène image, le signal VCSEL étant par exemple OFF. En comparant, pour chaque macrobloc, le niveau capturé dans la carte de signal au niveau capturé dans la carte d'ambiante, le SNR peut être déterminé. Par exemple, le SNR pour un macrobloc i est égal à Vg^/V^-^, où VgMi est le niveau du macrobloc i dans la carte de signal, et est le niveau du macrobloc i dans la carte d'ambiante. Ce SNR est par exemple comparé à un seuil SNRtiv et s'il est inférieur à ce seuil, le macrobloc est considéré comme ayant un faible SNR. Dans certains modes de réalisation, un macrobloc est déterminé comme ayant un faible SNR si le niveau du signal capturé est inférieur au seuil S^h ou si le SNR est en-dessous du seuil SNR^.
Si un ou plusieurs macroblocs ayant un faible SNR sont identifiés, ces macroblocs sont désélectionnés dans une opération 603, par exemple par le circuit 503 de la figure 5B.
Dans une opération 604, on détermine par exemple si un ou plusieurs objets sont détectés dans l'image 2D. Cette étape peut optionnellement être réalisée afin de mettre en oeuvre le suivi d'objets en relation avec un ou plusieurs objets dans la scène image. Par exemple, un objet est détecté s'il y a une cadence de comptage élevée dans le macrobloc correspondant. Si oui, dans une opération 605, un ou plusieurs autres macroblocs sont désélectionnés, de nouveau par exemple en utilisant le circuit 503 de la figure 5B. Par exemple, tous les macroblocs sont désélectionnés excepté ceux dans lesquels des objets sont détectés, et pour lesquels le SNR est supérieur au niveau de seuil. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de mesure de distance a une limite de distance maximum déterminée par l'intensité des impulsions optiques, et ainsi, les seuls objets détectés dans la scène image seront ceux se trouvant dans la limite de distance maximum.
En plus ou à la place, un suivi d'objet 2D peut être basé sur le processus de sélection des opérations 602 et 603. En effet, les zones ayant des niveaux de signal raisonnablement élevés et/ou des niveaux de SNR élevés peuvent être considérés comme correspondant à des zones dans lesquelles des objets sont susceptibles d'être présents.
Dans une opération 606, une ou plusieurs mesures de distance sont par exemple réalisées sur la base des macroblocs sélectionnés restants, en utilisant les circuits d'estimation de distance correspondants. Les opérations 601 à 606 peuvent être répétées périodiquement, par exemple toutes les quelques millisecondes, afin de réaliser un suivi d'objet, la distance et la position de l'objet étant suivies par l'image 2D et l'estimation de distance d'objets identifiés.
Dans certains modes de réalisation, plutôt" que chacun des circuits d'estimation de distance comprenne un seul étage compteur constitué des compteurs 206, 208 de la figure 2, les encombrements dans l'arbre de portes OU 502 peuvent être réduits en prévoyant plusieurs étages compteurs dans chaque circuit d'estimation de distance, comme on va le décrire maintenant en faisant référence à la figure 7.
La figure 7 illustre schématiquement un circuit 700 faisant partie du circuit de détection de retard 114 de la figure 1 selon un exemple de variante du circuit 200 de la figure 2.
Le circuit 700 comprend des circuits compteurs 702-0 à 702-m couplés respectivement de façon à recevoir les signaux ΜΒ0 à MBm sur les sorties respectives des arbres de portes OU 501-0 à 501-m des macroblocs de la zone 00. Chacun des circuits compteurs 702-0 à 702-m est adapté à compter, pendant des périodes de descente et de montée· DN, UP, les événements de détection de photons générés par les dispositifs de détection de photons auxquels il est couplé par l'intermédiaire de l'arbre de portes OU correspondant. Les valeurs de comptage montant résultantes provenant de chaque circuit compteur 702-0 à 702-m sont fournies à un additionneur 708, qui additionne les valeurs de comptage pour générer une somme SUM_UP. De façon similaire, les valeurs de comptage descendant provenant de chaque circuit compteur 702-0 à 702-m sont fournies à un additionneur 710, qui ajoute les valeurs de comptage pour générer une somme SUM_DN. Un soustracteur 712 détermine par exemple la différence COUNT_SUM entre les valeurs de comptage DN et UP.
La différence COUNT_SUM est fournie à un circuit de détection de phase (PHASE DETECTION) 714. Comme le circuit, de détection de phase 218 de la figure 2, le circuit de détection de phase 714 est par exemple un détecteur de phase sigma delta. Le circuit 714 génère, sur la base du signal COUNT_SUM, le signal de phase PHOO indiquant la position temporelle du centre de chaque impulsion optique reçue par la zone 00 du réseau SPAD cible 110. Comme cela est représenté par la ligne de rétroaction 716, le signal de phase PHOO généré par le circuit 714 est aussi par exemple transmis à un circuit de génération de synchronisation (TIMING GEN) 718, qui génère des signaux de commande pour contrôler la synchronisation des circuits compteurs 702-0 à 702-m sur la base du signal de phase ΡΗ00.
Un avantage des modes de réalisation décrits ici est que, en prévoyant des compteurs pour générer une image 2D sur la base d'événements détectés dans le réseau SPAD, le SNR du réseau SPAD peut être amélioré en désélectionnant des cellules SPAD ou des macroblocs de cellules SPAD pour lesquels le SNR est mauvais. En outre, un suivi d'objets peut être réalisé.
Avec la description ainsi faite d' au moins un mode de réalisation illustratif, diverses altérations, modifications et améliorations apparaîtront facilement à l'homme de l'art. Par exemple, bien qu'on ait décrit des exemples de réalisation dans lesquels il y a une pluralité de circuits d'estimation de distance, dans des variantes de réalisation, il pourrait y avoir qu'un seul circuit d'estimation de distance. En outre, bien qu' on ait décrit des modes de réalisation dans lesquels certaines cellules SPAD du réseau ont une sensibilité réduite par rapport à d'autres cellules SPAD, dans des variantes de réalisation, toutes les cellules SPAD pourraient avoir la même sensibilité.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de mesure de dis'tance comprenant : un réseau de dispositifs de détection de phôtons adapté à recevoir un signal optique réfléchi par un objet dans une scène image ; un premier dispositif logique (501-0) adapté à combiner les sorties d'une première pluralité des dispositifs de détection de photons ; un deuxième dispositif logique (501-1) adapté à combiner les sorties d'une deuxième pluralité des dispositifs de détection de photons ; un premier circuit de détection de distance (RANGING 00) couplé à des sorties des premier et deuxième dispositifs logiques (501-0, 501-1) ; un premier compteur (COUNTER 0) couplé à la sortie du premier dispositif logique (501-0) et adapté à générer une première valeur de pixel en comptant des événements générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons ; et un deuxième compteur (COUNTER 1) couplé à la sortie du deuxième dispositif logique (501-1) et adapté à générer une deuxième valeur de pixel en comptant des événements générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons.
  2. 2. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 1, comprenant en outre un circuit de commande (40¾) adapté à sélectionner ou désélectionner la sortie du premier dispositif logique (501-0) sur la base de la première valeur de pixel et à sélectionner ou désélectionner la sortie du deuxième dispositif logique (501-1) sur la base de la deuxième valeur de pixel.
  3. 3. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 2, dans lequel le circuit de commande (404) est adapté à comparer la première valeur de pixel à un premier niveau de seuil et à désélectionner la sortie du premier dispositif logique si la première valeur de pixel est inférieure au premier niveau de seuil.
  4. 4. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le premier compteur (COUNTER 0). est adapté à - générer la première valeur de pixel en comptant des événements pendant que le signal optique est transmis dans la scène image ; - générer une première valeur de pixel d'ambiante en comptant des événements générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons pendant qu'aucun signal optique n' est transmis dans la scène image ; et - générer un premier rapport signal-sur-bruit sur la base de la première valeur de pixel et de la première valeur de pixel d'ambiante, et désélectionner la sortie du premier dispositif logique si le premier rapport signal-sur-bruit est inférieur à un deuxième niveau de seuil.
  5. 5. Dispositif de mesure de distance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les première et deuxième pluralités de dispositifs de détection de photons font partie d'une première zone (00) du réseau, le réseau comprenant en outre une deuxième zone (01), le dispositif de mesure de distance comprenant en outre : un troisième dispositif logique adapté à combiner les sorties d'une troisième pluralité de dispositifs de détection de photons de la deuxième zone ; et un deuxième circuit de détection de distance (RANGING 01) couplé à une sortie du troisième dispositif logique.
  6. 6. Dispositif de mesure de distance selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le premier circuit de détection de distance (RANGE 00) comprend : un premier circuit compteur (702-0) couplé à une sortie du premier dispositif logique (501-0) et adapté à générer une première valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons ; un deuxième circuit compteur (702-1) couplé à une sortie du deuxième dispositif logique (501-1) et adapté à générer une deuxième valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons ; et un circuit d'estimation de distance (714, 718) adapté à estimer la distance de l'objet en estimant la position temporelle d'une ou plusieurs impulsions du signal optique sur la base des première et deuxième valeurs de comptage.
  7. 7. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 6, dans lequel : le premier circuit compteur (702-0) est adapté à générer la première valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons pendant une première fenêtre temporelle (DN), et à générer une troisième valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons pendant une deuxième fenêtre temporelle (UP) consécutive à la première fenêtre temporelle (DN) ; et le deuxième circuit compteur (702-1) est adapté à générer la deuxième valeur de comptage-· en comptant les événements de détection de photons générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons pendant la première fenêtre temporelle (DN) et à générer une quatrième valeur de comptage en comptant les événements de détection de photons générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons pendant la deuxième fenêtre temporelle (UP) .
  8. 8. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 7, comprenant en outre, un premier additionneur (710) adapté à additionner les première et deuxième valeurs de comptage pour générer une première valeur de comptage combinée (SUM_DN) ; et un deuxième additionneur (708) adapté à additionner les troisième et quatrième valeurs de comptage pour générer une deuxième valeur de comptage combinée (SUM_UP), le premier circuit de détection de distance (RANGING 00) étant adapté à déterminer la position temporelle desdites une ou plusieurs impulsions du signal optique sur la base des première et deuxième valeurs de comptage combinées.
  9. 9. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 8, dans lequel le premier circuit de détection de distance (RANGING 00) est adapté à calculer la différence entre les première et deuxième valeurs de comptage combinées (SUM_DN, SUM_UP), et à déterminer la position temporelle desdites une ou plusieurs impulsions optiques sur la base de la différence.
  10. 10. Dispositif de mesure de distance selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le premier circuit d'estimation de distance (RANGING 00) comprend un détecteur de phase sigma-delta.
  11. 11. Dispositif de mesure de distance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre : un émetteur optique (102, 104) adapté à émettre le signal optique en direction de l'objet dans la scène image.
  12. 12. Dispositif de. mesure de distance selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les premier et deuxième dispositifs logiques (501-0, 501-1) sont des arbres de portes OU.
  13. 13. Dispositif de mesure de distance selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans . lequel les dispositifs de détection de photons sont des dispositifs SPAD (diode à avalanche par photon unique).
  14. 14. Procédé comprenant : recevoir, par un réseau de dispositifs de détection de photons, un signal optique réfléchi par un objet dans une scène image ; combiner, par un premier dispositif logique (501-0), les sorties d'une première pluralité des dispositifs de détection de photons ; combiner, par un deuxième dispositif logique (501-1), les sorties d'une deuxième pluralité des dispositifs de détection de photons ; générer, par un premier compteur (COUNTER 0) couplé à la sortie du premier dispositif logique (501-0), une première valeur de pixel en comptant des événements générés par la première pluralité de dispositifs de détection de photons ; générer, par un deuxième compteur (COUNTER 1) couplé à la sortie du deuxième dispositif logique (501-1) , une deuxième valeur de pixel en comptant des événements générés par la deuxième pluralité de dispositifs de détection de photons ; et estimer, par un premier circuit de détection de distance (RANGING 00) couplé à des sorties des premier et deuxième dispositifs logiques (501-0, 501-1) une distance de l'objet.
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre : sélectionner ou désélectionner, par un circuit de commande (404), la sortie du premier dispositif logique (501-0) sur la base de la première valeur de pixel ; et sélectionner ou désélectionner, par le circuit de commande (404), la sortie du deuxième dispositif logique (501-0) sur la base de la deuxième valeur de pixel.
  16. 16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, dans lequel le signal optique est : un signal d'onde carrée ; ou un signal d'onde sinusoïdale ; ou un signal d'onde triangulaire ; ou un signal d'onde en dents de scie.
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