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Auteur(s)
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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
Les systèmes récepteurs de rayonnement infrarouge sont généralement utilisés pour la télédétection des phénomènes thermiques.
Ces systèmes, produisant le plus souvent une image mono ou bidimensionnelle, doivent satisfaire à un certain nombre de critères plus ou moins sévères selon les modes d’utilisation.
Certains équipements sont destinés à une analyse purement qualitative des phénomènes thermiques.
Il s’agit généralement d’une simple visualisation de la distribution thermique des objets non perceptible directement par l’œil. Dans ce cas, le système fournit une image dont le contraste de luminance visible est proportionnel au contraste thermique de l’objet observé. Il est bien évident que l’observation est d’autant plus intéressante que le système est capable de discriminer des écarts de températures faibles. Nous voyons apparaître la notion de résolution thermique.
Il faut ajouter encore deux critères très importants : la résolution spatiale qui définit la dimension des détails de l’objet à la limite de perception et l’éclairement équivalent au bruit qui représente l’énergie minimale à fournir au système pour qu’il délivre un signal au moins égal à son bruit propre.
Ainsi, un objet de dimension angulaire supérieure à celle correspondant à la résolution spatiale du système émettant une énergie infrarouge, telle que l’éclairement est supérieur au bruit du système, a toutes les chances d’être restitué correctement si la différence de température apparente entre lui-même et son environnement est supérieure à la résolution thermique.
(La température apparente est celle qu’aurait un corps noir placé dans le vide au même endroit que l’objet et produisant le même effet sur le capteur de rayonnement).
Lorsqu’il s’agit de mettre en œuvre une mesure quantitative, le système utilisé doit de plus satisfaire à toutes les propriétés des instruments de mesure : proportionnalité, fidélité, fiabilité…
Il existe alors une correspondance unique entre le signal électrique délivré et la température apparente de l’objet (le bruit du système est une cause d’écart à la linéarité car il ajoute au signal une tension aléatoire, une même cause pouvant ainsi produire des effets différents).
Bien sûr, il existe d’autres critères utilisables dans la caractérisation radiométrique des systèmes infrarouges, tels que la réponse spectrale qui définit les longueurs d’onde de fonctionnement mais il apparaît très vite une relation étroite entre chaque nouveau critère choisi, et ceux mentionnés précédemment.
Ainsi, la fonction de transfert optique est directement liée à la résolution spatiale, et à son tour la résolution thermique dépend de la fonction de transfert optique.
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Caractérisation des performances du système de mesure
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4. Mesures des caractéristiques des systèmes infrarouges
La mesure des grandeurs caractéristiques des systèmes infrarouges peut se faire directement sur le signal électrique (signal vidéo) par évaluation de son amplitude, de sa constante de temps et de son bruit ; il s’agit là d’une mesure objective, effectuée à l’aide d’instruments de laboratoire (oscilloscopes, calculateurs d’analyse…), le système étant soumis à une excitation connue (mires étalonnées).
Ce type d’évaluation concerne davantage les systèmes infrarouges voués à la mesure.
Pour les systèmes dont la vocation est davantage orientée vers l’observation visuelle, les mesures des caractéristiques doivent se faire sur l’image finale restituée par l’unité de visualisation, c’est-à-dire généralement un tube cathodique monochrome ou couleur.
Dans ce cas, les résultats dépendent de la façon dont sont ajustés le contraste et la luminosité de l’image. Il est possible de définir deux modes opératoires pour ces mesures (figure 8).
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La méthode subjective pour laquelle l’observateur fait visuellement la discrimination dans l’image de ce qui est aperçu ou non. Cette méthode, qui tient compte de la physiologie oculaire et de la psychologie du sujet, doit être interprétée avec prudence et si possible faire l’objet d’une moyenne statistique avec plusieurs observateurs ; tel ou tel sujet préférant des images peu contrastées et très lumineuses, d’autres souhaitant un bon contraste avec une luminosité réduite. Ce procédé présente l’avantage de tester les caractéristiques globales de la chaîne infrarouge jusqu’à l’observateur compris, ce qui semble logique dans tous les cas où il s’agit d’observer un écran.
De plus, l’œil effectue une intégration temporelle (de l’ordre de 0,15 s) qui tend à diminuer le bruit perçu dans l’image.
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La méthode objective pour laquelle l’œil de l’observateur est remplacé par un photomètre optique qui analyse la luminance de l’écran de visualisation point par point.
Afin de simuler au mieux une analyse par l’œil, le dispositif d’analyse de l’image est affecté d’un temps d’intégration comparable à celui de l’œil.
4.1 Éclairement...
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