ARCHITECTURE AND DESIGN OF CMOS SILICON RETINAS :
GLOBAL MOTION SENSING INTEGRATION IN AN IMAGE SENSOR
ARCHITECTURE ET CONCEPTION DE RETINES CMOS :
INTEGRATION DE LA MESURE DU MOUVEMENT GLOBAL
DANS UN IMAGEUR
Résumé
In the early 90's, image sensors were dominated by CCD technology and CMOS sensors were only developed in research labs. Then a balance within the market shares has been reached thanks to the huge improvement in CMOS integrated circuits fabrication process. This is closely related to the emergence of portable devices like mobile phones, which most often embed photo or video functions. Indeed, such system integration in addition to cost constraints have favored CMOS technology. Nevertheless, video shots with these portable devices, very shaking prone, require a video stabilization which needs to estimate the inter frame global motion of sequences. Therefore, the goal of this work is to add
this function to the imagers fabricated by STMicroeletronics.
To do so, a new global motion estimation technique is presented in this thesis. This method consists in extracting a global motion model from the local movements perceived in the periphery of images. This has been first validated by an algorithmic approach, before being integrated on silicon. The final architecture of the sensor has a photosensitive area divided into a central area and a peripheral one. The signal processing chain contains a pixel level processing to measure the peripheral local motions. It includes also a post-processing
dedicated to the global motion model estimation and to the unwanted motion compensation.
this function to the imagers fabricated by STMicroeletronics.
To do so, a new global motion estimation technique is presented in this thesis. This method consists in extracting a global motion model from the local movements perceived in the periphery of images. This has been first validated by an algorithmic approach, before being integrated on silicon. The final architecture of the sensor has a photosensitive area divided into a central area and a peripheral one. The signal processing chain contains a pixel level processing to measure the peripheral local motions. It includes also a post-processing
dedicated to the global motion model estimation and to the unwanted motion compensation.
Les capteurs d'images CMOS n'étaient envisagés au début des années 90s que dans le cadre de recherches. La technologie CCD dominait alors. Puis l'évolution extraordinaire des procédés de fabrication de circuits intégrés CMOS a fait qu'aujourd'hui nous avons atteint une égalité en termes de parts du marché. Cette forte croissance est étroitement liée à l'avènement des dispositifs portables grand public tels que les téléphones
mobiles, qui embarquent pour la majorité les fonctions photo ou vidéo. En effet, les contraintes d'intégration et de coût favorisent la technologie CMOS. Cependant la prise de vue à l'aide de ces dispositifs portables, très sujets aux tremblements, nécessite une stabilisation de la vidéo qui implique d'estimer le mouvement global inter images. Aussi, l'objectif de ce travail est d'intégrer cette fonction aux imageurs fabriqués par la société STMicroelectronics.
Pour ce faire, une technique novatrice pour estimer ce mouvement global est présentée dans ce mémoire. Cette méthode consiste à extraire un modèle du mouvement global à partir de mesures de déplacements locaux en périphérie des images. Elle a tout d'abord été validée de
façon algorithmique, avant d'être intégrée sur silicium. L'architecture finale du capteur se caractérise par une zone photosensible partitionnée en une zone centrale et une zone périphérique. La chaîne de traitement du signal comporte quant à elle un traitement au niveau pixel afin de mesurer les mouvements locaux périphériques. Elle comprend aussi un posttraitement dédié aux tâches d'estimation du modèle du mouvement global ainsi qu'à la compensation du mouvement indésiré.
mobiles, qui embarquent pour la majorité les fonctions photo ou vidéo. En effet, les contraintes d'intégration et de coût favorisent la technologie CMOS. Cependant la prise de vue à l'aide de ces dispositifs portables, très sujets aux tremblements, nécessite une stabilisation de la vidéo qui implique d'estimer le mouvement global inter images. Aussi, l'objectif de ce travail est d'intégrer cette fonction aux imageurs fabriqués par la société STMicroelectronics.
Pour ce faire, une technique novatrice pour estimer ce mouvement global est présentée dans ce mémoire. Cette méthode consiste à extraire un modèle du mouvement global à partir de mesures de déplacements locaux en périphérie des images. Elle a tout d'abord été validée de
façon algorithmique, avant d'être intégrée sur silicium. L'architecture finale du capteur se caractérise par une zone photosensible partitionnée en une zone centrale et une zone périphérique. La chaîne de traitement du signal comporte quant à elle un traitement au niveau pixel afin de mesurer les mouvements locaux périphériques. Elle comprend aussi un posttraitement dédié aux tâches d'estimation du modèle du mouvement global ainsi qu'à la compensation du mouvement indésiré.
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