En quoi l’opérabilité constitue un critère de qualité pour un détecteur thermique ?

En quoi l’opérabilité constitue un critère de qualité pour un détecteur thermique ?

décembre 12, 2019 . 5min read

Un certain nombre de critères existent pour définir la qualité d’un détecteur. Ils déterminent également l’usage pour lequel ce détecteur sera particulièrement efficace.

L’opérabilité est justement une des caractéristiques qui spécifie la qualité d’un détecteur. Elle correspond au nombre de pixels défectueux ou ayant un comportement trop éloigné par rapport à la moyenne de la population du détecteur.

 

Qu’est-ce que l’opérabilité d’un détecteur thermique ?

Cette notion n’est pas inhérente à l’infrarouge. Les capteurs visibles ont aussi des pixels morts. En effet, il n’est pas possible d’assurer 100% de pixels viables sur une même matrice. Après intégration d’un détecteur visible ou infrarouge dans une caméra, il est donc nécessaire de corriger ces défauts par des algorithmes de traitements d’images. La plupart du temps, les mêmes algorithmes peuvent être utilisés dans les domaines visibles ou infrarouges.

Les opérabilités typiques en infrarouge sont de l’ordre de 99.5 à 99.8% (pour les produits ULIS). Cela représente de 600 à 1500 pixels considérés comme défectueux sur un détecteur au format VGA (640x480 pixels).

 

Quels sont les critères qui modifient l’opérabilité d’un détecteur thermique ?

Défaut de maintien d’un pixel

La présence de pixels défectueux peut trouver plusieurs explications. Chaque pixel est un MOEMS (micro opto électromécanique système). Il correspond à une fine membrane sensible aux variations de température, maintenue au-dessus d’un circuit de lecture. Même si les dimensions sont très importantes lorsqu’on les compare au visible (taille de pixel visible ≈ 1.2 µm VS 12 à 17 µm en IR), les pixels infrarouges présentent de très petites dimensions pouvant les fragiliser. Par exemple, la membrane active a une épaisseur de quelques centaines d’Angström (1 Angström = 0.1 nm) et est suspendue au-dessus d’un circuit de lecture par des bras très fins (typiquement de 1 à 2 µm). La distance séparant cette membrane et le circuit est aussi extrêmement petite (environ 2.5µm).

Même si cette membrane est étudiée pour résister à des chocs très importants définis dans des normes internationales (MIL STD), il se peut que lors des différentes étapes de fabrication un pixel ne soit pas bien suspendu par ses bras de maintien. La conséquence peut être un contact avec le circuit et ainsi faire apparaître un point non actif ou sensible sur l’image. Ce pixel sera donc ajouté à la liste des pixels défectueux après application des critères de détermination, diminuant de fait l’opérabilité du détecteur.

 

Products datasheet

 

Clusters de pixels défectueux

Les pixels défectueux peuvent être unitaires, c’est-à-dire isolés et indépendants les uns des autres mais peuvent aussi se toucher, soit par un coin, soit par un côté. Dans ce cas, les pixels défectueux composent un cluster. De la même façon qu’un pixel défectueux, le fabricant de la caméra devra implémenter les algorithmes de correction de ces clusters. Pour ne pas trop « fausser » une image en introduisant des erreurs lors de ces calculs et donc des informations de scènes erronées, il est important d’utiliser les informations des pixels voisins aux pixels défectueux pour corriger ces derniers. Certaines formes et tailles de clusters sont donc plus difficiles à corriger. Un cluster de taille 9 pixels, en carré 3x3, posera un problème quant à l’information de la scène derrière le pixel au centre du carré. L’opérabilité définit donc aussi des tailles maximum de clusters.

Localisation des pixels défectueux

Deux dernières notions se cachent derrière l’opérabilité.

  • Tout d’abord les zones : suivant la localisation des pixels défectueux unitaires ou des clusters, le nombre et la taille ne sont pas identiques. La zone centrale estimée comme la plus regardée par l’utilisateur requiert des tailles de clusters plus petites. Ainsi plus on s’éloigne du centre plus les clusters autorisés peuvent être gros.
  • Enfin les colonnes et lignes mortes font aussi parties du critère opérabilité. Même si de plus en plus de fournisseurs assurent des livraisons sans ces défauts, il se peut qu’une colonne ou une ligne entière soit considérée comme défectueuse. Comme pour les pixels et les clusters, un algorithme, développé par le fabricant de caméra, est nécessaire pour pallier ces défauts et les masquer à l’observateur final.

 

Ainsi, l’opérabilité d’un capteur d’imagerie thermique est un critère déterminant à observer car il peut se révéler assez discriminant pour votre produit. Il doit être pris en compte et analysé au moment du choix que vous ferez pour le développement de votre projet.

Observez les taux d’opérabilité des produits de vos fournisseurs et n’hésitez pas à les questionner sur les algorithmes de corrections.

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