Couverture ElectroniqueS n°127

Les capteurs d'images optimisés pour les caméras de surveillance combinent des technologies utilisées dans les smartphones et les applications industrielles pour parvenir à offrir une bonne qualité d'image en toutes circonstances (luminosité, température…) et à un prix modéré. M oins soumis au diktat d'une poignée de marques et aux marges congrues que les imageurs pour smartphones, moins tributaires de très longues périodes de certification et de test que les capteurs d'images automobiles, les imageurs destinés aux caméras de vidéosurveillance représentent désormais un marché loin d'être négligeable… et en forte progression, à mesure que l'obsession sécuritaire gagne l'ensemble des pays développés. Ce débouché nécessite toutefois des composants assez spécifiques. Les imageurs pour caméras de vidéosurveillance doivent offrir une dynamique très étendue (y compris dans l'infrarouge proche pour certains modèles récents), pour pouvoir capturer des vidéos en plein soleil ou dans la pénombre. Ils doivent également supporter des gammes de température compatibles avec un fonctionnement en plein air. Et, de plus en plus, seront privilégiés les capteurs disposant de fonctions de traitement du signal avancées, comme le fenêtrage et la reconnaissance de motifs, pour faciliter la mise en œuvre de solutions de reconnaissance de visages ou de plaques d'immatriculation par exemple. À ce titre, les caméras de surveillance constituent un exemple typique de ces systèmes électroniques appelés à tirer un grand bénéfice d'algorithmes d'intelligence artificielle, assurant la reconnaissance et l'analyse de détails directement au niveau de la caméra plutôt que d'envoyer toutes les données brutes - et les fichiers vidéos sont lourds – vers une unité centrale ou un service cloud où serait effectué ce traitement. Sensibles aux infrarouges Parmi les fabricants les plus actifs sur ce secteur figure OmniVision, qui vient d'initier la production en volume de l'OS02C10, un imageur de deux millions de pixels combinant une grande sensibilité aux faibles luminosités et la technologie propriétaire Nyxel de détection des infrarouges proches. Ce capteur au format optique 1/2,8 pouce utilise des photosites de 2,9 µm de côté avec un rendement quantique de 60% à 850nm et 40% à 940nm, deux à quatre fois plus que les détecteurs concurrents, selon OmniVision. Ce rendement élevé permet d'utiliser des sources d'éclairage infrarouge moins puissantes, et donc de réduire la consommation totale du système. OmniVision vient également d'annoncer l'OS02A, son premier imageur Cmos pour caméras de surveillance capable de capturer jusqu'à 60 images par seconde en définition 1080p et en mode HDR (double exposition) tout en tenant dans un format optique 1/2 pouce. Cet imageur se démarque également par un chief ray angle de 11° autorisant l'utilisation d'une optique grand-angle ou fish-eye, et par l'emploi de photosites à illumination par l'arrière ou BSI (reprenant ici la technologie propriétaire PureCel) très larges puisque mesurant 4µm de côté. Toujours à destination des caméras de sécurité, OmniVision propose également l'OC2736, un imageur Cmos 1080p ultra-compact (format optique 1/4 pouce) qui se démarque par sa sensibilité aux rayons infrarouges en plus des longueurs d'ondes visibles. OmniVision a troqué le classique filtre mécanique infrarouge par des filtres couleurs bi-bandes qui permettent d'étendre la qualité d'image y compris dans la quasi-obscurité. La consommation réduite de ce capteur (110mW) le destine par exemple aux caméras domotiques alimentées sur batteries – un domaine dans lequel l'américain a élaboré une conception de référence associant son imageur OV9712 et son processeur vidéo OV788 avec le microcontrôleur à frontal Wi-Fi CC3200 de Texas Instruments. Cet imageur à 5,1 millions de pixels bénéficie d'une technologie dite NIR+ qui étend la sensibilité du capteur aux infrarouges proches pour obtenir de meilleures images à faible luminosité tout en utilisant moins de diodes infrarouges d'éclairage. Enfin, toujours chez OmniVision, viennent d'être lancés les OS02F10 et OS04B10, des modèles OmniBSI à respectivement 2 et 3,6 millions de pixels visant les caméras de surveillance d'entrée de gamme qui devaient jusqu'à présent se contenter d'imageurs à illumination par l'avant (FSI) davantage sujets au crosstalk. Ces deux capteurs se distinguent également par leur compacité: le modèle 1080p est serti dans un boîtier de 4,9 x 3 mm au format optique 1/4 pouce, le modèle 2 560 x 1 440 mesurant, lui, 6,3x3,7mm (format 1/3 pouce). Les consommations respectives des OS02F10 et OS04B10 ne dépassent pas 120mW et 140mW. L'autre poids lourd du secteur des imageurs pour caméras de surveillance est ON Semiconductor. L'américain a récemment inauguré une technologie baptisée Near Infra-Red+ (NIR+) au sein des imageurs Cmos AR0522 et AR0431, en production de volume depuis cet été. Comme son nom l'indique, cette technologie permet d'étendre la sensibilité du capteur aux infrarouges proches et donc d'obtenir de meilleures images à faible luminosité tout en utilisant moins de diodes infrarouges d'éclairage. L'AR0522 embarque 5,1 millions de pixels dans un format optique 1/2,5 pouce et une structure BSI exploitant des photosites de 2,2 µm de côté. Sa sensibilité serait deux fois plus élevée que celle du précédent AR0521 en infrarouges proches. Lui aussi BSI, mais avec des photosites de 2 µm, l'AR0431 comprend 4 millions de pixels dans un format plus compact (1/3,2 pouce) et vise davantage les caméras alimentées sur batterie grâce à ses différents modes de mise en veille. À noter qu'il peut capturer jusqu'à 120 images par seconde et convient donc à la mise en œuvre de fonctions slow motion. Les AR0522 et AR0431 sont respectivement encapsulés en boîtier mPLCC mesurant 12 x 12 mm et 10 x 10 mm. Tourné vers les caméras de surveillance haut de gamme, l'AR0221 d'ON Semiconductor repose, lui, sur 2,1 millions de photosites BSI de 4,2 µm de côté. Ce « gros » imageur 16: 9 au format 1/1,7 pouce offre selon Gianluca Collu, vice-président d'ON chargé des imageurs grand public, « les meilleures performances de l'industrie dans son créneau grâce à sa sensibilité aux faibles luminosités, à son rapport signal sur bruit et à ses fonctions de fenêtrage, de correction automatique de niveau de noir et de détection de température ». Supportant des températures allant de - 30 °C à + 85 °C, l'AR0221 est serti dans un boîtier iBGA robuste de 12 x 9 mm avec un revêtement anti-réflexions sur la couche protectrice en verre. Même Sony est intéressé Davantage présent dans les smart-phones et les appareils photo numériques, le leader mondial des imageurs, Sony, lorgne également sur des applications plus professionnelles comme l'automobile et la vidéosurveillance. Le japonais a par exemple introduit l'IMX326LQC, un imageur Cmos à 6,82 millions de pixels basé sur son architecture BSI dite Starvis. Cet imageur au format optique 1/2,9 pouce offre une définition de 3 096 x 2 196 (pixels de 1,62 µm de côté) et délivre jusqu'à 60 images par seconde en mode 10 bits à pleine définition, une rapidité qui le destine naturellement aux caméras de sécurité ainsi qu'aux applications industrielles. Avec une conversion analogique-numérique étendue sur 12 bits, la fréquence de sortie descend à 30 images par seconde. L'IMX326LQC supporte de multiples formats de sortie (3: 2, 4: 3, 16: 9, 1: 1…) et dispose d'une fonction d'extension de la dynamique et d'interfaces sub-LVDS (576 Mbit/s par ligne) et MIPI CSI-2 (1,44Gbit/s par ligne). Il est encapsulé dans un boîtier compact LGA mesurant seulement 10,7x8,5x1,62mm qu'il partage d'ailleurs avec le précédent IMX274LQC. < Les imageurs pour caméras de vidéosurveillance doivent faire face à un large spectre de température de fonctionnement et de luminosité, tout en offrant des fonctions de fenêtrage ou de capture rapide. Plus surprenant, Renesas Technology a lancé en début d'année la production en volume d'un imageur Cmos 8 MPixels optimisé pour les caméras de surveillance 4K. Plus connu pour ses microcontrôleurs, le japonais a choisi ce créneau pour faire son retour sur le marché des imageurs avec ce modèle 1/1,9 pouce basé sur des photosites BSI de 1,85 µm de côté. Il délivre jusqu'à 60 images par seconde sur 12 bits avec, selon le fabricant, une dynamique élevée et d'excellentes performances en basse luminosité. Renesas entend d'ailleurs étendre cette gamme de capteurs pour vidéosurveillance. Le marché de la vidéosurveillance attire également des fabricants d'imageurs plus spécialisés, tels qu'e2V. Teledyne e2v va ainsi démarrer ce trimestre la production en volume de l'Emerald 8M9, le dernier membre de la famille d'imageurs Emerald destinés à la vision machine, à la vidéosurveillance et à la gestion de trafic. Ce capteur Cmos embarque 8,9 millions de photosites mesurant chacun 2,8µm de côté dans un format optique 2/3 pouce. Il est disponible en deux versions, l'une délivrant 47 images par seconde en mode 10 bits et l'autre grimpant à 107 images/ seconde. L'Emerald 8M9 est caractérisé par un bruit de lecture de 2,8e-et un rendement quantique de 65%. Il permet en outre de configurer des zones distinctes, avec des temps d'exposition différents, sur un même cliché –une fonction particulièrement utile pour lire des plaques d'immatriculation par exemple. Citons enfin le chinois SmartSens qui a étendu son catalogue d'imageurs Cmos avec le SC4210, un modèle à quatre millions de pixels à illumination par l'arrière (BSI) destiné principalement aux caméras de surveillance, aux systèmes de vidéoconférence ou encore aux caméras industrielles. Cet imageur embarque des photo-sites de 3µm de large dans un boîtier au format optique 1/1,8 pouce, pour un rapport signal sur bruit de 43dB et une dynamique de plus de 100dB. Le fabricant a doublé la sensibilité aux infrarouges proches entre 850nm et 940 nm par rapport aux modèles précédents. Le SC4210 peut capturer jusqu'à 60 images par seconde à pleine définition.

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