Processeurs paralleles optoelectroniques stochastiques pour le traitement d'images en temps reel

• Auteur / Autrice : ALVARO CASSINELLI
• Direction : Pierre Chavel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Nous etudions dans cette these une matrice de processeurs elementaires optoelectronique (parfois appele retine artificielle optoelectronique ou encore spa - pour smart pixel array) capable de realiser plusieurs fonctions de traitement d'images bas niveau a cadence video. Plus precisement, il s'agit d'une machine simd optoelectronique fonctionnant par recuit simule : chaque processeur elementaire (pe ou sp - pour smart pixel) est l'equivalent d'un neurone dont l'etat evolue en fonction de celui de ses voisins, et cela de facon probabiliste grace a un generateur de nombres aleatoires optique base sur le phenomene de speckle laser. Dans une premiere version du processeur (circuit en silicium cmos 0,8 m), chaque pe est interconnecte de facon electronique a ces quatre plus proches voisins. Un montage base sur deux modulateurs spatiaux de lumiere ferroelectriques et un hologramme de dammann permet d'etendre le voisinage d'interconnexion et de simuler des interconnexions intra-processeur optiques reconfigurables. Le montage servira a demontrer la detection du mouvement sur des sequences d'images a niveaux de gris ; toutefois, les performances restent mediocres (2 a 5 secondes par image). En fin de these est etudie un nouveau prototype base sur une matrice a entrees et sorties optiques (diodes p-i-n a puits quantiques multiples) realise en technologie hybride si/gaas par flip-chip bonding. Les performances du systeme sont considerablement ameliorees (l'architecture comporte alors de veritables interconnexions optiques intra-processeur). L'etude theorique permet de conclure que l'utilisation d'une puce a entrees et sorties optiques rendrait le systeme a la fois compact (taille comparable avec celle d'un processeur pentium avec ses elements de refrigeration) et extremement rapide (dizaines de milliers d'images a la seconde), ce qui en ferait un dispositif de choix pour les applications embarques de traitement d'images bas-niveau et temps reel.