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CHARGE UTILE D ’OBSERVATION
POUR MICRODRONE A BASE D ’UNE
MICRO CAMERA NUMERIQUE
Philippe BURDINAT Laboratoire C.I.M.I
En collaboration avec Etienne PERRIN
(laboratoire d ’électronique)
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CHARGE UTILE D ’OBSERVATION POUR MICRODRONE A
BASE D ’UNE MICRO CAMERA NUMERIQUE
• Le laboratoire CIMI
• Les objectifs
• Les caractéristiques de la partie embarquée
• La fonction capture d ’image
• La fonction traitement de signal
• La chaîne de transmission
• L’acquisition sur PC
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•
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Le laboratoire C.I.M.I
• Laboratoire de recherche orienté dans le domaine des capteurs
et du traitement de l ’
.
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• Axes scientifiques:
ü Etudes à caractère fondamental sur les capteurs CMOS APS actuels.
ü Etudes à caractère appliqué destinées à l’intégration des fonctions de
traitement sur la puce.
• Moyens humains et matériels pour la conception de circuits intégrés
capteurs d’images CMOS et leur caractérisation
- une dizaine de personnes,
- stations de travail et logiciels professionnels de CAO µélectronique,
- bancs de caractérisation dédiés aux capteurs d’images.
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CHARGE UTILE D ’OBSERVATION POUR MICRODRONE A
BASE D ’UNE MICRO CAMERA NUMERIQUE
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Les objectifs
• Pourquoi le numérique ?
⇒
⇒
⇒
⇒
Traitement de l ’image et reconnaissance d ’objet embarqué
Intégration des fonctions numériques sur silicium
Sécurité de l ’information transmise
Transmission de données autres que l’image
⇒ Qualité de l’image
• Participation des élèves
⇒
PIR 2001 : Etude et réalisation des antennes pour la transmission
Pilotage d’une
⇒ PIR 2002 : Optimisation du démodulateur QPSK
Système d ’acquisition d ’image sur port parallèle
⇒
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Sujets de stage : Réalisation d ’un synthétiseur de fréquence à 2.4
pour micro-drone
Caractérisation et optimisation d ’un démodulateur QPSK
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CHARGE UTILE D’OBSERVATION POUR MICRODRONE
Transmetteur
HF
2,45Ghz
Acquisition
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Synchronisation
Parallélisation
Ampli. Faible bruit
Démodulation
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La micro caméra numérique
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Capteur APS (Active Pixel Sensor)
Résolution : VGA, 640 x 480 pixels, monochrome
Compression : JPEG
Cadence image : 14 images/seconde
Débit binaire : 3.125 Mbit/s
Modulation : BPSK
• Masse : 6.4 grammes
• Dimension : 25.4 x 25.4 mm
• Consommation : 230 mA
• Plage de tension : 3.3V à 7.5V
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•
Fréquence porteuse : 2.45 Ghz
Pas de Fréquence intermédiaire
Modulation possible : BPSK, QPSK
Bande passante : 250 MHz
Puissance d ’émission : 1mW (0dbm)
• Masse : 10 grammes
• Dimension : 25.4 x 25.4 mm
• Consommation : 70 mA
• Plage de tension : 5V à 7.5V
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LA FONCTION CAPTURE D ’IMAGE
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Le chip set AGILENT : Capteur CMOS + coprocesseur d ’image
Auto-exposition rapide
(Vue de face)
Compression JPEG en temps réel
Ensemble capteur + coprocesseur
(Face opposée)
10 bits
Capteur
APS
I2C
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8 bits
Coprocesseur
d ’image
JPEG
I2C
Logique de commande
et
traitement du signal
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LA FONCTION TRAITEMENT DE SIGNAL
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FPGA Xilinx Virtex (100 000 portes) :
Configuration du coprocesseur par I2C
Régulation du flux de transmission
Sérialisation et codage différentiel
Filtrage d ’émission (Racine de cosinus surélevé)
(Face opposée)
Conversion numérique / analogique (convertisseur Σ ∆ )
FPGA VIRTEX
I2C
Configuration
du chipset
Convertisseur numérique / analogique
8 bits
Mémoire FIFO
(512 octets)
Sérialisation
Codage
différentiel
Filtre en
Racine de Cosinus
Interpolation
par 16
Modulateur
Sigma-Delta
1 bit Filtre
Analogique
Signal mis en forme
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LA CHAINE DE TRANSMISSION (1/2)
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Pas d ’interférence intersymbole donc respect du premier critère de Nyquist
Canal de Nyquist
1
1
Liaison HF
RCF
-1
RCF
-1
Réponse impulsionnelle du canal
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-0,2
-0,4
Instants de décision
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LA CHAINE DE TRANSMISSION (2/2)
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- Mélangeur
- Amplificateur
Fp = 2.45 GHz
L ’émetteur
Signal mis en forme
Fp = 2.45 GHz
Le récepteur
Filtre
Passe
Bande
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F=Fp-FI
Convertisseur
Analogique
Numérique
Signal numérique démodulé
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L ’ACQUISITION
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FPGA Xilinx Virtex (100 000 portes) :
Décodeur différentiel
Synchronisation sur le début de trame et
Générateur de synchro nécessaire à l ’acquisition
Adaptation du flux de données par mémoire tampon
(Face opposée)
Entrée des données par carte d ’acquisition
FPGA VIRTEX
Générateur de
Synchro
Carte d ’acquisition
Signal démodulé
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décodage
différentiel
Synchronisation
Désérialisation
Mémoire FIFO
(512 octets)
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Logiciel développé en C++ :
Reconstitution de la trame sous format JPEG
Décompression en temps réel
Affichage de l ’image en temps réel
Fonctions annexes
)
Sauvegarde de l’image au format
Analyse de la trame
Lecture pas à pas
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LA PLATEFORME D ’ESSAI
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Intégration de la micro caméra dans la «
Transmetteur
Charge embarquée : micro caméra + transmetteur + câbles = 30 grammes environ
Energie : 2 batteries li-ion
Autonomie de la micro caméra : 2 heures
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CONCLUSION
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• Les améliorations à court terme
ü Transmission en QPSK, intégration de la partie sol
ü Sujet de PIR : Etude d’algorithmes de reconnaissance d’objets pour un système d’analyse
d’images issues de caméras embarquées sur un micro-drone
• Les améliorations à moyen terme
ü Intégration des fonctions numériques sur silicium
• Les perspectives
ü Système embarqué autonome de reconnaissance d ’objet
ü Vision stéréoscopique
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