Design of Monolithics CMOS Image Smart Sensors

Conception en technologie CMOS d'un Système de Vision dédié à l'Imagerie Rapide et aux Traitements d'Images

Jérôme Dubois (1)

1 Le2i - Laboratoire Electronique, Informatique et Image [UMR6306]

Our work presented in this thesis focuses on the design, testing and implementation of monolithics CMOS image smart sensors : The principle, performance and limitations. The hardware implementation of a vision smart system is the central link. HISIC is High Speed Image Capture with processing at pixel level. An experimental platform for instrumentation and evaluation of retina operators was conducted during this thesis. After a state of the smart sensors and CMOS retinas, the second part is dedicated to the study and design of the pixel image sensor HISIC. Two circuits were realized in CMOS technology. The first identied a new type of photo-detector, and the second, to create a prototype embedded camera dedicate to the speed imaging and image processing. It integrates processing programmable at pixel level. It is a massively parallel of 4096 analogue arithmetic processors inter-connected using a 64×64 topology 4-related. then the last part focuses on experimental validation of the sensor. All results and experimental procedures are represented. Finally an overview of the opportunities offered by the system are referred to conclude on this work.

Les travaux que nous présentons dans ce mémoire portent sur la conception, le test et la réalisation de capteurs d'images monolithiques CMOS rapides et "intelligents" : le principe, les performances, les limites et les perspectives sont le corps de ce mémoire. L'implémentation matérielle d'un système de vision programmable en est l'articulation centrale. Nous avons mis au point une plate-forme expérimentale pour l'instrumentation et l'évaluation des opérateurs rétiniens. Après un état de l'art sur l'imagerie rapide et sur les capteurs CMOS, la deuxième partie de ce mémoire est consacrée à l'étude et à la conception du pixel du capteur d'images. Nous avons conçu deux circuits HISIC.I et HISIC.II en technologie standard CMOS 0,35 μm (double-poly, quadruple-metal). Le premier a permis de déterminer un nouveau modèle de photo-détecteur, et le second de réaliser un prototype de caméra embarquée dédiée à l'imagerie rapide et aux traitements d'images linéaire. HISIC intègre des traitements programmables au niveau même du pixel. C'est une machine massivement parallèle de 4096 processeurs analogiques arithmétiques interconnectés selon une grille 64×64 en topologie 4-connexe. Enfin, la dernière partie du mémoire s'articule autour de la validation expérimentale du capteur, tous les résultats et procédures expérimentales y sont regroupés.

Mots clés: Embedded system; speed imaging; image processing on focal plane; massive parallel; standard CMOS technology; recongurability; programmability; artificial vision.

Mots clés: Système embarqué; imagerie rapide; traitements d'images sur plan focal; parallélisme massif; technologie standard CMOS; recongurabilité; programmabilité; vision artificielle

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Jérôme Dubois. Conception en technologie CMOS d'un Système de Vision dédié à l'Imagerie Rapide et aux Traitements d'Images. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Bourgogne, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00365950⟩