Introduction, objectifs et principes

Introduction:

         Ce projet électronique a été réalisé dans le cadre de la deuxième année d'école d'ingénieur à CPE-Lyon dans la section Electronique et Traitement de l'Information.
Ce projet a été proposé par nous-mêmes dans l'esprit de continuité de l'option Image, nous avons pensé intéressant d'étudier et de mettre en œuvre le capteur d'image proprement dit.
Le but de ce projet est ainsi de réaliser une caméra CCD autour de la matrice Thomson TH7852.
L'atout de cette caméra réside dans le fait que l'on peut choisir le temps de pose, on peut alors sans servir comme un appareil photo numérique.
Nous étudierons dans ce projet plusieurs aspects de l'électronique, de l'analogique au numérique. Quelques éléments de programmation informatiques seront aussi abordés, que se soit en assembleur ou en langage évolué.

1. Objectifs

    1.1. L'objectif principal

          L'objectif principal de ce projet est de réaliser une caméra CCD permettant la numérisation d'image sur ordinateur. Pour cela, nous devons réaliser la chaîne électronique allant du capteur CCD lui-même vers l'ordinateur. Nous allons donc essayer, dans la mesure du possible, d'optimiser au maximum les performances d'acquisition. Nous essayerons d'obtenir une image par seconde, ce qui nous paraît possible compte tenu des composants déjà étudiés. Dans notre étude le capteur CCD est monochrome nous obtiendrons donc des images en niveaux de gris. Cependant, l'usage de cette caméra est principalement associé aux méthodes de traitement d'image. En effet, celle-ci pourra être utilisée sur une chaîne de montage industriel pour la vérification de pièces ou même dans le domaine astronomique grâce à son temps d'intégration variable.


    1.2. Le schéma électronique

          L'ensemble de l'électronique tient sur 5 cartes :
-Une carte CCD. Elle supporte le capteur CCD et elle est donc placée dans la tête optique de la caméra.
-Une carte amplificatrice du signal vidéo.
-Une carte de conversion analogique-numérique.
-Une carte d'interface avec l'ordinateur.
-Une carte horloge qui met en forme les signaux issus de l'ordinateur
-Une carte d'alimentation qui fournit toutes les tensions nécessaires.

Shema de principe du fonctionnement de la camera

2. Principe

    2.1. Principe général

          L'ordinateur génère tout d'abord les signaux permettant la mise en forme des horloges. Ces signaux TTL sont générés par une carte E/S relié à l'ordinateur via une carte décodage d'adresse.
Les horloges sont ensuite mises en forme pour attaquer la matrice CCD. Après une séquence horloge, la matrice renvoie le signal vidéo. Il faut ensuite amplifier celui-ci et numériser ce signal avec une carte CAN. Les données sont alors transmises à l'ordinateur via la carte E/S. Un programme informatique permet ainsi de générer la séquence horloge et d'afficher l'image obtenue.


    2.2. Carte décodage d'adresse

          Elle permet de sélectionner les adresses 300h à 31Fh qui sont le domaine d'adresses réservé à ce que l'on nomme des cartes prototypes.


    2.3. Carte E/S

          Elle permet d'avoir de 8 à 32 entrées pour l'acquisition des données provenants du CAN et de 8 à 32 sorties pour générer les horloges et les signaux de contrôle.


    2.4. Carte alimentations

          Les alimentations sont nombreuses dans cette application car la matrice, elle-même nécessite 5 alimentations découplées (+12V, +14V, +8V, -1.5V, +12V). Ces alimentations seront régulées avec des 78XX ou 79XX. Des condensateurs de découplage seront mis pour éviter d'accrocher le 50Hz et autres perturbations parasites.


    2.5. Carte CCD

          Elle supporte la matrice CCD. De plus, on y trouvera quelques capacités de découplage et un transistor suiveur pour le signal vidéo.


    2.6. Carte horloge

          Son rôle se borne pratiquement à mettre en forme les signaux d'horloges devant commander le CCD.


    2.7. Carte amplificateur

          Son rôle est d'annuler la tension continue d'environ 9V présente dans le signal vidéo puis d'amplifier celui-ci. En effet, le signal vidéo fournit par la matrice a une amplitude de 1V il faut donc l'amplifier jusqu'à la pleine échelle du CAN.


    2.8. Carte CAN

          Cette carte permet la conversion du signal vidéo en données accessibles et exploitables par l'ordinateur. On veillera à ce que le CAN soit assez rapide pour ne pas ralentir la vitesse d'acquisition.