Thèse doct.--Sci. ingénieur--Nice, 1995.

Th. doct.--Math. appl.--Paris 9, 1996. / Bibliogr. p. 209-221. Résumé. 1996 d'après la déclaration de dépôt légal.

Le travail de cette thèse vise la réalisation d’un nouveau capteur d’images pour mobile en technologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Ce capteur a été développé en vue de répondre à une forte demande du marché. Les prochaines générations de produits, nécessitent des capteurs d’image avec des performances agressives. Par exemple, le niveau de qualité d’image peut être fortement amélioré avec des architectures faible bruit, ou l’utilisation de nouvelles technologies, pour augmenter le niveau du signal ou diminuer la consommation. L’augmentation de la qualité d’image entraîne un agrandissement de la taille des matrices de pixels, et de la résolution des données. La vitesse de conversion devient donc critique. Le sujet de cette thèse porte sur l’amélioration de ce dernier point. Une étude comparative a été réalisée pour étudier différentes architectures. Le convertisseur à rampe est le mieux adapté pour les petits pixels. Toutefois, son principal inconvénient est son temps de conversion qui nécessite 2N cycles d’horloge. Afin d’obtenir un frame rate plus élevé, une méthode tirant profit du bruit photonique a été proposée. Ce circuit de lecture est fondé sur un convertisseur à rampe par morceaux, et un algorithme qui permet la linéarisation des données. Afin de réduire le bruit, cette nouvelle architecture doit prendre en compte le double échantillonnage corrélé digital. Durant la période de conception, des modes de test ont été mis en place pour permettre la caractérisation du circuit. L’innovation se trouve dans le développement d’une rampe par morceaux qui réduit le temps de lecture d’une ligne de 1us. Cependant, ce développement a besoin d’une calibration adaptée. Un prototype de capteur d’image CMOS de 13Mpixel a été fabriqué en 65 nm, 5 niveaux de métaux, et 1 seul niveau de poly en technologie CMOS standard. Les mesures ont montré que l’INL et DNL du convertisseur étaient aussi performantes qu’avec une rampe linéaire classique. Une attention particulière a été apportée sur la mesure du bruit. Malheureusement, le bruit s’est montré plus élevé qu’avec un capteur « classique ». Cependant, la consommation reste identique en ayant une vitesse de conversion plus rapide. Les solutions proposées sont simples à intégrer structurellement, et faciles à mettre en œuvre. Elles ont l’avantage de ne pas impacter la surface du pixel et préservent donc les performances de ce dernier. Les résultats issus des mesures sur silicium sont très encourageants, car on obtient un gain de presque 20% sur le temps de lecture. / The aim of this thesis is the implementation of new image sensors for mobile in CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology to meet strong market demand. Next generations of products require image sensors with high performances.These improvements would change the image quality with low noise architecture in one hand, and the use of new technologies to increase the signal level, or reduce the power consumption in the other hand. The gain in image quality leads to increase the size of the pixel’s array, and the resolution of the data -the conversion speed becoming critical-. The subject of this thesis focuses on improving this latter point. A comparative study has been made between several architectures to find the best solution that would fit our needs.The ramp converter is the most suitable for small pixels, but his main drawback is the conversion time that requires 2N clock cycles. To obtain a higher frame rate, a method taking advantage of the photon noise has been presented. This readout circuit is based on a piecewise linear ramp converter and an algorithm that allows the linearization of the data. Furthermore, for noise reduction, the new architecture must take into account the digital correlated double sampling. During the period of design, test modes have also been designed and implemented to allow characterization of the circuit.The innovative part is the use of a piecewise linear ramp, which in simulation, reduces the readout time of 1us per row. However, this element needs calibration. A CMOS image sensor prototype of 13Mpixel has been made in 65 nm, 5 levels of metals, and 1 level of poly standard CMOS technology. Measurements showed that the INL and DNL of the converter were as good as with a conventional linear ramp. A careful consideration has been given to the measurement of noise, which unfortunately is higher than a "conventional" sensor. However, the consumption remains the same while having a faster conversion speed. The solutions are simple to integrate structurally and easy to implement. They have the advantage of not affecting the surface of the pixel, thus preserve the performance of the latter. The results found from the silicon-on measures are very encouraging, we gain almost 20% of the conversion time.

La présente recherche vise à analyser l’essence de la fantaisie considérée comme un vécu intentionnel à partir de la phénoménologie de Husserl. En quel sens pouvons-nous affirmer que la fantaisie, généralement associée à la liberté et à la création, est en effet productrice ? Il nous faut remarquer que la question de la fantaisie s’inscrit parmi les problématiques qui ont contribué à la consolidation du répertoire thématique de la phénoménologie naissante. Cependant, la définition de la fantaisie à laquelle Husserl aboutit à partir de 1904/1905 ne tient pas compte de son aspect libre et productif, mais la considère comme fantaisie re-productrice. Pour arriver à une définition plus large et précise de l’essence morphologique de la fantaisie, sans abandonner la phénoménologie de Husserl, cette recherche propose les objectifs suivants. En premier lieu, montrer les explications que Husserl met à l'épreuve et pourquoi il les rejette. Parmi celles-ci, en plus des explications propres, il faut souligner celles de Brentano et de Twardowski. Deuxièmement, expliciter comment les analyses de la conscience interne du temps et du souvenir ont conduit à la définition canonique de la fantaisie en tant que modification de neutralité appliquée au souvenir. Ensuite, une critique de cette définition est effectuée. Enfin, il est proposé de surmonter les difficultés soulignées à partir d’éléments de la phénoménologie de Husserl, tels que les fonctions que la fantaisie remplit, entre autres dans l’intuition des essences, l’expérience d’autrui et l’expérience esthétique, où la fantaisie opère par la production d’analogues qui ont un effet « harmonisant » sur l’expérience. / The present research is framed in the Phenomenology of Edmund Husserl, and aims to analyse the essence of phantasy considered as an intentional experience. In what sense can it be sustained that phantasy, generally associated with freedom and creation, is indeed productive? It should be noted that the question of phantasy appears among the issues that contributed to the consolidation of the thematic agenda of nascent phenomenology. However, Husserl’s definition of phantasy, which is attained in1904/05, does not take into account its free and productive aspect, but rather regards it in a re-productive way. To arrive at a broader, yet precise, definition of the morphological essence of phantasy, without leaving Husserl’s phenomenology, the following objectives are pursued. Firs, I present the possible explanations of phantasy that Husserl puts to the test (among which those of Brentano and Twardowski must be highlighted) as well as the reasons why he rejects them. Second, I explain how the analyses of the internal time consciousness and memory led to the canonical definition of phantasy as a neutrality modification applied to memory. A critique of this definition is subsequently established. Finally, I propose that those difficulties may be overcome by considering other elements of Husserl’s phenomenology, such as the functions that phantasy fulfills, for instance in the intuition of essences, in the experience of others and in the aesthetic experience i.a., where phantasy operates by the producing of analogues which have a “harmonizing” effect on experience.

Cette thèse présente une extension de l'analyse fréquentielle des light-fields locaux de Durand et al. [2005]. Nous proposons l'étude de phénomènes de transport radiatif tels que la réfraction par des surfaces non-spéculaires, les effets de flou de bougé et la diffusion de la lumière dans les volumes tels que les nuages. Nous proposons de plus une extension de l'état de l'art en analyse fréquentielle avec l'ajout de l'étude de l'occlusion non-planaire, des SVBRDFs anisotropes ainsi que les systèmes de lentilles. Dans ce cadre, nous présentons l'analyse de la matrice covariance de l'amplitude du spectre, un outil compact d'analyse et compatible avec les méthodes statistiques d'intégrations. Nous montrons l'utilité de cet outil avec différentes applications: le sampling adaptatif avec reconstruction des effets de flou de profondeur et de bougé, l'estimation de noyaux de reconstructions pour l'algorithme de photon mapping et le sampling adaptatif des effets volumiques. / This thesis presents an improvement over the frequency analysis of local light-fields introduced by Durand et al. in 2005. We add into this analysis of light transport operations such as rough refractions, motion effects and scattering in participating media. We further improve the analysis by updating previously proposed operations to handle non-planar occlusions of light, spatially-varying anisotropic BRDFs and multiple lenses. We present the covariance analysis of light transport, a method to estimate the covariance matrix of a local light-field from the set of operations it undergoes. We show the use of such tool with various applications ranging from motion blur and depth-of-field adaptive sampling and filtering, photon mapping kernel size estimation and adaptive sampling of volumetric effects.

La taille des pixels des capteurs d’image CMOS approche aujourd’hui lemicron. Dans ce contexte, le courant d’obscurité reste un paramètrecritique. Il se superpose au courant photogénéré en affectant la qualité del’image par l’apparition de pixels blancs. La contamination métalliqueintroduite au cours du procédé de fabrication joue un rôle prépondérant dansla création des défauts à l’origine de ce courant d’obscurité. Cette étude apermis d’établir les seuils de dangerosité de différents élémentsmétalliques sur la technologie imageur. L’origine de contaminationsaccidentelles a été identifiée lors de crises de rendement. Pour cela, untravail sur les techniques de détection a été mené par µPCD, DLTS, pompagede charge, SIMS, TEM et photoluminescence. La spectroscopie de courantd’obscurité (DCS), particulièrement efficace dans ce contexte, a étédéveloppée pour l’identification de contaminations en or, tungstène etmolybdène, avec des limites de détection qui atteignent 108 à 1010 at/cm3.Nous observons la quantification du courant d’obscurité et étudionsl’amplification du champ électrique sur le taux de génération afin demodéliser les pics de courant d’obscurité obtenus. Le comportement decertains métaux dans le silicium est précisé par ces expériences, et nousévaluons l’efficacité de piégeage de plusieurs substrats imageur. Ce travailconduit à la mise en place de protocoles de contrôle de la contaminationmétallique en salle blanche. / Pixels size of CMOS image sensors is now decreasing towards one micron. Inthat context, dark current is a critical parameter. It superimposes with thecurrent generated by photons and affects the image quality with whitepixels. The metallic contamination introduced during the fabrication processplays an important role in the generation of defects that induce this darkcurrent. This study has allowed to determine dangerousness thresholds ofseveral metals on the imager technology. The origin of some accidentalcontaminations has been identified during yield crisis. Some work withdetection techniques has been performed with µPCD, DLTS, charge pumping,SIMS, TEM and photoluminescence. Dark current spectroscopy (DCS),particularly adapted to this situation, has been developped for theidentification of gold, tunsgten and molybdenum contaminations, withdetection limits that reach 108 to 1010 at/cm3. We have observed the darkcurrent quantization and studied the electric field enhancement ofgeneration rate to model the dark current peaks obtained. The behavior ofsome metals in silicon is confirmed by these experiments and we haveevaluated the getter efficiency of different substrates for image sensors.This work has lead to the application of protocols for the metalliccontamination control in clean room.

Parmi les différentes technologies pour produire un effluent conforme aux normes de rejet en vigueur, les Procédés par Boues Activées sont largement utilisés en tant que traitement biologique du fait de leur faible coût et de leur facilité d’implémentation. Ces procédés réalisent l’abattement des polluants en deux étapes : (1) la biodégradation par des microorganismes dans un bassin d’aération et (2) la séparation de la biomasse par décantation. Les paramètres opératoires peuvent agir sur l’efficacité du procédé, notamment en modifiant les propriétés des boues . L’objectif de ce travail est d’apporter un nouvel éclairage sur cette relation triangulaire en mettant en perspectives les propriétés de taille et de forme des flocs de boues et les performances du procédé de traitement. La première étape pour parvenir à cet objectif a consisté à développer une méthodologie de caractérisation des flocs de boues par analyse d’images à l’aide du microscope automatisé Morphologi G3 de Malvern Instruments. Le protocole de mesure proposé repose sur le choix de la cellule d’analyse, du facteur de dilution, du grossissement, du seuil de niveau de gris mis en œuvre pour la binarisation des images et du nombre total de particules analysées. Des boues provenant de plusieurs stations d’épuration ont été étudiées afin d’évaluer la robustesse de la méthodologie. Des différences en termes de propriétés de taille et forme - Diamètre équivalent (Deq), Circularité (C), Convexité (Cx), Solidité (S) et Rapport d’Aspect (RA) - entre les différentes boues sont clairement apparues. Le protocole de caractérisation de la morphologie étant établi et validé, deux campagnes expérimentales ont été mises en œuvre en utilisant un système à boues activées à l’échelle pilote alimenté par un effluent synthétique. Les descripteurs morphologiques ont été mesurés sur des échantillons d’environ 100 000 flocs permettant d’atteindre une statistique fiable aussi bien sur la taille que sur la forme des agrégats. La performance du procédé a été évaluée en suivant des indicateurs physicochimiques classiquement associés au traitement des eaux usées : Matières en Suspension (MES), Indice de Boue (IB), taux d’abattement de la Demande Chimique d’Oxygène (DCO) et de l’Azote (N). Cette stratégie a permis d’identifier des relations entre les performances d’épuration, la morphologie des agrégats et les paramètres opératoires. Pendant la première campagne, trois valeurs différentes de l’âge de boue ont été imposées : 15, 20 et 30 jours. Lors d’un changement d’âge de boue, la taille et la circularité des flocs biologiques augmentent temporairement avant de se stabiliser à nouveau à leurs valeurs initiales. Ainsi, en régime permanent, les distributions en taille et en circularité semblent indépendantes de l’âge de boue. Lors de la deuxième campagne, trois paramètres opératoires ont été modifiés : la charge organique, le taux de recirculation et le rapport DCO:N. Une charge organique élevée a provoqué une forte augmentation de la taille des flocs et une diminution de leur solidité. Ce résultat peut être expliqué par la croissance de bactéries filamenteuses qui impacte fortement la morphologie des flocs et la performance du procédé. L’augmentation du taux de recirculation et la diminution du rapport DCO:N ont, en outre, induit une légère réduction de la taille des flocs et une évolution peu significative des valeurs de circularité et convexité. L’analyse des distributions en 3 Dimensions couplant les données de taille et de forme s’est révélée un outil prometteur, permettant de proposer des mécanismes responsables de l’évolution des propriétés morphologiques des boues. Enfin, une autre approche a été développée sur la base de deux dimensions fractales reliant l’aire et le périmètre des flocs (Dpf) ou l’aire et la longueur maximale (D2). De brusques variations de Dpf et D2 ont été corrélées avec les phénomènes liés au développement de bactéries filamenteuses.

Ce manuscrit présente les travaux réalisés pour la mise au point d'un nouvel outil dédié à la détection temps-réelle assistée par ordinateur pour la détection des polypes colorectaux en vidéocoloscopie dans le cadre du dépistage précoce du cancer colorectal. Ce cancer reste aujourd'hui associé à un taux de mortalité important lorsque détecté trop tardivement. Un tel outil pourrait donc permettre d'améliorer la prise en charge.Tout d'abord, une analyse de l'état de l'art permet de mettre en évidence les limitations des méthodes actuelles. Il est alors possible de déterminer le positionnement scientifique et technique à adopter pour créer un outil innovant dédié à cette tâche de détection.Une première phase dédiée à l'analyse d'images fixes permet de confirmer ou d'infirme les choix scientifiques possibles et ainsi de développer une approche en accord avec les contraintes imposées par une utilisation clinique (temps de traitement, performances en particulier). Cette première méthode est ainsi capable de détecter les polypes en moins de 40 millisecondes par image, soit compatible avec le temps réel, en ayant de bonnes performances (F1 Score de 47.55%).Logiquement, on s'intéresse ensuite à la détection des polypes dans les vidéos, qui permet de se rapprocher d'examens réels. En particulier, on propose plusieurs optimisations (comme la cohérence temporelle) permettant de tirer bénéfice de la vidéo. L'outil est alors capable d'alerter le médecin sur la présence de polypes dans 97.6% des cas (36 vidéos) en temps-réel avec, en moyenne, seulement 23 millisecondes pour traiter une image.Au final, cet outil, capable d'alerter le médecin sur la présence de polypes colorectaux en temps-réel durant l'examen, pourrait donc s'intégrer dans la routine clinique de la vidéocoloscopie. Des essais cliniques à venir permettront d'identifier les possibles limitations à lever. / This manuscript presents the work carried out for the development of a new tool dedicated to real-time computer-assisted detection for the detection of colorectal polyps in videocoloscopy, in the context of early detection of colorectal cancer. This cancer remains today associated with a high mortality rate when detected too late. A such tool could help to improve medical care.First of all, an analysis of the state of the art makes it possible to highlight the limitations of current methods. It is then possible to determine the scientific and technical positioning to adopt in order to create an innovative tool dedicated to this detection task.A first phase dedicated to the analysis of still frames confirms or invalidates the possible scientific choices and thus develops an approach in accordance with the constraints imposed by clinical use (processing time, performance in particular). This first method is able to detect polyps in less than 40 milliseconds per image, which is compatible with real time, with good performance (F1 Score of 47.55%).Logically, we are interested in the detection of polyps in videos, which allows to get closer to real exams. In particular, several optimizations (such as temporal coherence) are proposed to benefit from video. The tool is then able to alert the doctor about the presence of polyps in 97.6% of cases (on a set of 36 videos) in real time with only an average processing time of 23 milliseconds per frame.In the end, this tool, which can alert the doctor of the presence of colorectal polyps in real time during the examination, could therefore be part of the clinical routine of videocoloscopy. Future clinical trials will identify possible limitations to be overcome.

Les principales contributions de cette these, en analyse d'image, portent sur l’etude des caracteristiques de reperage et de reconnaissance des micro-expressions. les approches d’analyse d’expressions faciales dans le domaine de la vision par ordinateur consistent a les detecter et a les classer dans des videos. par rapport a la macro-expression, une micro-expression induit dans une partie du visage un changement rapide durant moins d'une demi-seconde. de plus, cette subtile apparition dans une partie du visage rend difficile sa detection et sa reconnaissance. ces dernieres annees ont connu un interet croissant pour des algorithmes d’extraction automatique de micro-expressions faciales. cela a ete motive par des applications dans des contextes a enjeux eleves tels les enquetes criminelles, les points de controle des aeroports et des transports en commun, le contre-terrorisme, … le choix de caracteristiques faciales efficaces joue un role crucial dans l’analyse des micro-expressions.ce travail se concentre sur la partie d’extraction de caracteristiques, en proposant diverses methodes pour les taches de detection et de reconnaissance de micro-expression.la detection constitue la premiere etape dans l'analyse des micro-expressions. les methodes de detection existantes basees sur des caracteristiques, tels les motifs binaires locaux (lbp), l’histogramme de gradients orientes (hog), le flux optique, souffrent de complexite de mise en œuvre entrainant un probleme d'implementation en temps reel. ainsi, dans cette these, une methode de detection basee sur la projection integrale est proposee pour resoudre ce probleme. cependant, toutes les caracteristiques ci-dessus sont extraites des visages recadres et rognees ; ce qui cause, generalement, un decalage residuel entre les images. pour resoudre ce probleme, est proposee une autre methode de detection basee sur des caracteristiques geometriques. cette derniere exploite les distances geometriques entre des points cles du visage sans necessite de recadrer l'image. ceci permet de capturer des deplacements geometriques subtils le long des sequences et s’avere approprie pour differentes taches d’analyse faciale qui requierent une grande vitesse de calcul.parmi les caracteristiques de reconnaissance de micro-expressions existantes, celles de mouvement basees sur le flux optique presentent des avantages dans la caracterisation de mouvements subtils sur le visage. toutefois, il reste difficile de determiner les emplacements precis de chaque mappage de traits du visage entre les differentes trames par flux optique, meme si les images ont ete alignees. un tel probleme peut donner lieu a une mauvaise estimation, a la fois, de l'orientation et de l’amplitude associees au flux optique. pour y pallier, nous proposons une nouvelle approche (dite fmbh) basee sur les histogrammes de frontiere de mouvement (mbh). elle permet de supprimer les mouvements inattendus causes par un mauvais recalage residuel apparaissant entre les images recadrees tout en capturant le mouvement relatif caracterisant la micro-expression. cette caracteristique est generee en combinant les composantes horizontales et verticales du differentiel de flux optique.les differents developpements de ce travail ont conduit a des etudes comparatives avec des approches de l'etat de l'art sur des bases de donnees bien connues et exploitees par la communaute du domaine. les resultats experimentaux, ainsi obtenues, montrent l'efficacite de nos contributions. / Recent years, there has been an increasing interest in the computer vision in automatic facial micro-expression algorithms. this has been driven by applications in high-stakes contexts such as criminal investigations, airport and mass transit checkpoints, counter terrorism, and so on. micro-expression approaches in computer vision area consist of detecting and classifying them from videos. compared to macro-expression, a micro-expression involves a rapid change which lasts less than a half of second, and moreover, its subtle appearance in part of the face makes detection and recognition difficult to achieve. effective facial features play a crucial role for micro-expression analysis. this thesis focuses on the feature extraction parts, by developing various feature extraction methods for types of micro-expression detection and recognition tasks.the detection of micro-expressions is the first step for its analysis. this thesis aims to spot micro-expressions from videos. existing detection methods based on features, such as the local binary patterns, the histogram of gradient, the optical flow suffer difficulties in computation consuming leading to real-time implementation problem. thus, in this thesis, the spotting method based on integral projection to address this problem. however, all the above features are extracted from cropped faces which usually cause residual mis-registration that appears between images. in order to deal with this issue, another detection method based on geometrical feature is proposed. it involves the geometrical distances between facial key-points without the need of cropping face. this captures subtle geometric displacements along sequences and is proved to be suitable for different facial analysis tasks that require high computational speed. for micro-expression recognition, motion features based on the optical flow have advantages in characterizing subtle movements on face among the existing recognition features. it is still a difficult problem for optical flow to determine the accurate locations of each facial feature mappings between different images even though the face images have been aligned. such an issue may give rise to wrong orientation and magnitude estimation associated to the optical flow field. in order to address this problem, the motion boundary histograms are considered. it can remove unexpected motions caused by residual mis-registration that appears between images cropped from different frames. nevertheless, the relative motion can be captured. based on the the motion boundary, a new descriptor the fusion motion boundary histograms is introduced. this feature is generated by combing both the horizontal and the vertical components of the differential of optical flow as inspired from the motion boundary histograms. the main contributions of this thesis lie at the study of features for micro-expressions spotting and recognition. experiments on the micro-expression databases show the effectiveness of the presented contributions.

L'avancement de la technologie durant ces dernières années a permis aux imageurs d'atteindre de très hautes résolutions. Ceci a rendu les images plus riches en détails. D'un autre côté, une autre limitation se présente à ce niveau; celle du nombre de bits limité après la conversion analogique numérique. De ce fait, la qualité de l'image peut être affectée. Pour remédier à cette limitation et garder une meilleure qualité de l'image en sortie de son système d'acquisition, l'information lumineuse doit être codée sur un grand nombre de bits et conservée durant tout le flot de traitement pour éviter l'intervention du bruit et la génération des artefacts en sortie du système. En outre, le traitement numérique de chaque pixel sera coûteux en consommation d'énergie et en occupation de surface silicium.Le travail effectué dans cette thèse consiste à étudier, concevoir et implémenter plusieurs fonctions et architectures de traitement d'image en électronique analogique ou mixte. L'implémentation de ces fonctions en analogique permet de décaler la conversion de l'information lumineuse en numérique vers une étape ultérieure. ceci permet de conserver un maximum de précision sur l'information traitée. Ces fonctions et leurs architectures ont un but d'améliorer la dynamique de fonctionnement des imageurs CMOS standard (à intégration), en utilisant des techniques à temps d'intégration variable, et des "tone mapping" locaux qui imitent le système de vision humaine.Les principes de fonctionnement, les émulations sous MATLAB, la conception et les simulations électriques ainsi que les résultats expérimentaux des techniques proposées sont présentés en détails dans ce manuscrit. / The technology progress in recent years has enabled imagers to reach a very high resolutions. This allows images to be more detailed and rich in information. On the other hand, the limited number of bites after the digital analogue conversion may drastically affect the quality of the image. To maintain the quality of the output image of the acquisition system, the luminous information should be (1) encoded on a large number of bits and (2) maintained throughout the processing flow so that to avoid noise interference and generating artifacts system output. However, the digital processing of each pixel will be energy consuming will occupy more surface silicon.The goal of this thesis is to study, design and implement several image processing functions as well as their architectures using analog and mixed electronic. Implementation of these functions shifts the analog to digital conversion to a subsequent step. This allows a maximum precision of the processed information. The proposed functions and their architectures improve the operational dynamics Standard CMOS imagers using (1) variable integration time techniques, and (2) "tone mapping" which mimics the human vision system.The experimental results based on emulations in Matlab and the electrical design show the novelty and the efficiency of the proposed method.