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Gilbert GAUSSORGUES : Ingénieur de l’École supérieure d’optique - Président‐directeur général de HGH Ingénierie Systèmes Infrarouges - Ancien directeur du Laboratoire d’optronique de la Marine
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le concept de passivité appliqué à un système optronique n’est pas nécessairement lié à la réserve et à la discrétion de son caractère.
En effet, de la même façon qu’un auditeur de radio, dont le récepteur réputé passif peut recevoir une information et en tirer une ligne de conduite très active, par exemple quitter une autoroute à l’annonce d’une perturbation de trafic, les systèmes optroniques passifs écoutent les sources de rayonnement environnantes et peuvent en tirer des conclusions très actives, telles que la détection, l’alerte, la poursuite de certaines sources reconnues comme hostiles, ou présentant un intérêt quelconque.
La notion de passivité en matière de systèmes optroniques s’applique donc essentiellement à sa fonction optique qui consiste à recevoir du rayonnement émis par des sources ne faisant pas partie du système.
Il s’agit des radiomètres, des pyromètres, des spectroradiomètres, des analyseurs lignes, des caméras de télévision, des amplificateurs de lumière, des caméras thermiques ou de thermographie, des autodirecteurs TV et infrarouge, des systèmes de veille et de poursuite TV et infrarouge, des détecteurs d’alertes.
Dans les systèmes optroniques passifs, le flux optique émis par la source de rayonnement observée est focalisé ou concentré par une optique sur le détecteur.
Le flux optique entrant dans le système peut subir un prétraitement de codage spatio‐temporel par balayage ou modulation des faisceaux, et un prétraitement spectral destiné à limiter l’étendue des longueurs d’ondes au moyen de filtrages appropriés.
Le flux détecté est alors converti en signal électrique fonction du temps, ce qui revient à dire fonction des coordonnées d’espaces dans ce champ objet par le codage des lois de balayage ou de modulation des faisceaux.
Ces systèmes produisent le plus souvent des images mono ou bidimensionnelles. Ils doivent satisfaire à un certain nombre de critères plus ou moins sévères selon les modes d’utilisations.
Certains équipements sont destinés à une analyse purement qualitative des phénomènes optiques, il s’agit des caméras de télévision ou des caméras thermiques qui fournissent une image de luminance visible, c’est‐à-dire dans le spectre de sensibilité de l’œil, d’objets pas nécessairement directement perceptibles par celui‐ci.
Dans l’infrarouge, le contraste de luminance visible restitué doit être proportionnel au contraste thermique des objets observés.
La résolution thermique caractérise l’aptitude du système à déceler de faibles écarts thermiques dans la scène analysée.
La résolution spatiale définit la dimension minimale des détails de l’objet qui sont à la limite de perception.
Certains de ces systèmes donnent une mesure quantitative, ils doivent alors satisfaire à toutes les propriétés des instruments de mesure, telles que la proportionnalité et la fidélité ; il s’agit des radiomètres et photomètres qui mesurent respectivement les flux infrarouges et visibles intégrés dans leur champ, les spectroradiomètres et spectrophotomètres qui ajoutent une dimension spectrale, et les caméras de thermographie qui sont des radiomètres à balayages mono ou bidirectionnels (line scanner, caméras).
Dans le secteur militaire, la passivité des systèmes optroniques autorise leur emploi à la navigation, au pilotage et à la conduite des armes avec une discrétion totale nécessaire lors des conflits imposant une situation de « silence radar » en évitant la privation des senseurs indispensables à la perception de l’environnement.
En dehors de ce cas particulier, les systèmes optroniques passifs sont souvent complétés par des systèmes actifs dans la logique de la perception multisenseurs.
Actuellement, le secteur industriel utilise fréquemment des systèmes optroniques passifs pour la vision artificielle, véritable assistance aux procédés de fabrications et de conditionnement.
Dans le domaine visible, des caméras de télévision CCD (Charge Coupled Devices) positionnent des outils ; dans le proche infrarouge, les lecteurs de code à barres reconnaissent et comptabilisent des produits, et dans l’infrarouge plus lointain, la notion de mesure de température permet la saisie et le contrôle des phénomènes thermiques associés à la majorité des processus industriels, et participe ainsi à l’amélioration de leur efficacité.
Il sera naturellement fait une place importante au premier système optronique passif dont l’être humain ait disposé : son œil et sa vision.
Certains capteurs optroniques modernes continuent de fonctionner avec l’assistance de l’œil humain : camescopes, viseurs amplificateurs de lumière, surveillance télévisuelle...
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Morphologie de l’œil1. L’œil
Malgré les progrès de l’optique, l’œil reste le système d’imagerie le plus performant en terme de nombre de pixels pour couvrir un champ de l’ordre de 200 × 130o. Ce champ supérieur au demi‐espace dans le sens horizontal explique la possibilité d’avoir une sensation diffuse lorsqu’une personne s’approche par l’arrière.
La vision colorée due à la structure trichromatique de la rétine, particulièrement performante au voisinage de l’axe optique de l’œil, permet la perception d’environ 20 000 nuances colorées à luminance constante.
Le pouvoir séparateur ou acuité visuelle défini par 10 dixièmes en ophtalmologie correspond à la discrimination de deux points angulairement distants d’une minute d’arc.
S’agissant d’un processus physiologique, il existe une certaine dispersion de cette valeur. Une acuité visuelle particulièrement performante peut atteindre 15 à 20 dixièmes pour certains individus, et chuter à quelques dixièmes dans les cas d’insuffisance visuelle.
L’œil est aussi très performant en matière de dynamique d’éclairements perceptibles. Il s’adapte à des éclairements de scènes observées étalées sur plusieurs ordres de grandeurs (de 105 lux correspondant à l’éclairement d’une feuille de papier blanc au soleil à 10– 3 lux qui est l’éclairement d’une scène nocturne par nuit étoilée).
Enfin, la vision binoculaire, en raison de sa base télémétrique de triangulation fournit une perception du relief des objets et grâce à l’introduction de cette troisième dimension permet une évaluation des distances.
Dans l’antiquité, l’œil était considéré comme centre de la vision. Il était supposé émettre des rayons lumineux qui allaient « tâter » les objets et donner ainsi la sensation de leur présence.
Au début du XVIIe siècle, cette notion a laissé la place à l’explication du phénomène lumineux par le transfert d’énergie depuis une source de lumière jusqu’à l’œil de l’observateur.
Snell Van Royen, Descartes et Fermat ont décrit les principes de ce transfert en bâtissant les lois de la réfraction.
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