Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les mesures de caractéristiques d’écoulement par imagerie numérique simplifient l’opération de quantification de la lumière enregistrée. Après une première section consacrée à la dynamique des traceurs dans un écoulement, la vélocimétrie par images de particules (PIV) est abordée : principe, composants, etc. Par la suite, la stéréo-vélocimétrie par images de particules (SPIV) est à son tour détaillée, au travers de la reconstruction des trois composantes de la vitesse, ou encore de la configuration de prises de vues. Pour terminer, l’holographie numérique est abordée, grâce aux principes de l’holographie numérique de particules, aux algorithmes de traitement, etc. D’autres mesures dans un écoulement par tomographie laser viennent conclure cet article.
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Measurements of flow characteristics via digital imaging simplify the quantification process of recorded light. After the initial part dedicated to the dynamics of tracers in a flow, particle image velocimetry (PIV) is dealt with: principle, components etc. Stereo particle image velocimetry (SPIV) is then detailed via the reconstruction of the three components of velocity or the configuration of recorded images. To conclude, digital holography is dealt with, via the principles of particle digital holography, processing algorithms, etc. Other measurements in a flow using laser tomography conclude this article.
Auteur(s)
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Jean-Paul SCHON : Professeur à l’université Jean-Monnet de Saint-Étienne
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Thierry FOURNEL : Professeur à l’université Jean-Monnet
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Corinne FOURNIER : Maître de Conférences à l’Université Jean Monnet - Institut supérieur des Techniques Avancées de Saint Étienne
INTRODUCTION
Alors que la quantification de la lumière enregistrée, liée au noircissement des films ou des plaques photographiques, était très délicate, l’avènement de l’imagerie numérique a simplifié cette opération. Chaque photosite ou pixel du capteur matriciel associe un niveau de gris (généralement compris entre 0 et 255) fonction de l’éclairement reçu. La matrice ainsi formée est propice au traitement numérique des images. Bien qu’il existe déjà quelques applications utilisant la couleur, nous nous limitons dans ce dossier au cas des images noir et blanc. Notons cependant que la facilité d’utilisation de ces images ne doit pas faire oublier les défauts introduits par l’optique de prise de vue (aberrations géométriques, vignetage, etc.), la non-linéarité de la réponse des capteurs et la variation de cette réponse en fonction de la longueur d’onde de la lumière captée. Les capteurs actuels sont relativement stables dans le temps et la température influe surtout sur le bruit. Bien entendu, les images argentiques peuvent être numérisées et traitées comme les images directement numérisées au moment de l’acquisition.
Nous nous limitons dans ce dossier à des techniques de visualisation faisant intervenir le traitement d’images, en laissant de côté des techniques plus classiques comme la strioscopie et l’ombroscopie traitée dans le dossier Visualisations et mesures optiques en aérodynamique [5] ou dans la monographie de Mertzkirch [6]. Les techniques exposées sont la vélocimétrie par images de particules, l’holographie numérique et les visualisations quantitatives de caractéristiques globales d’écoulement. Dans ces techniques, les visualisations impliquent donc forcément la présence de particules dans l’écoulement, particules qui diffusent la lumière, diffusion qui permet de remonter à la mesure de certaines caractéristiques de l’écoulement. Les techniques locales ponctuelles utilisant elles aussi la diffusion de la lumière comme l’anémométrie laser doppler sont elles aussi hors du champ de cette étude.
Il se pose à la base le problème suivant : dans quelle mesure la vitesse des particules est elle confondue avec la vitesse de l’écoulement ? C’est un problème intrinsèquement complexe qui mérite d’être examiné dans chaque cas. Nous donnons quelques éléments permettant d’évaluer l’importance de ce problème.
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Conclusion5. Autres mesures dans un écoulement par tomographie laser
5.1 Mesure de concentration par traitement d’image
Certains problèmes pratiques de lutte contre la pollution nécessitent la mesure de concentrations instantanées dans un écoulement. La figure 24 montre la visualisation d’un jet contenant des particules d’encens en relativement grande quantité au moyen d’un plan laser. Les particules sont trop nombreuses et trop petites pour être vues individuellement avec la résolution de la caméra. Il est cependant évident que l’intensité de la lumière diffusée en un point de l’image est liée à la concentration en particules. La relation entre les niveaux de gris sur une image et la concentration est obtenue par étalonnage direct. Grâce à un compteur de particules, il est possible de mesurer la concentration moyenne en plusieurs points de concentrations différentes ; un processus itératif permet de relier cette concentration à un niveau de gris obtenu sur une image moyenne calculée à partir de la somme de N images. La relation niveau de gris-concentration permet ainsi la mesure de la concentration instantanée, mesure très utile pour la chimie ou les études de pollution (Balint et al. [12]). La figure 25 montre un résultat de mesure du champ moyen de concentration représenté en fausses couleurs (on associe arbitrairement une couleur à chaque niveau de concentration).
HAUT DE PAGE5.2 Mesures de caractéristiques globales par traitement d’image
Le traitement d’image permet d’extraire rapidement des informations utiles dans de nombreux cas pratiques. Le problème considéré ici, à titre d’illustration, vise à contrôler des injecteurs diesel. Les trous d’injection ont un diamètre de l’ordre du dixième de millimètre, il s’agit de vérifier si les jets diffusent de la même façon à partir des différents trous. La figure 26 nous montre l’écoulement...
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Autres mesures dans un écoulement par tomographie laser
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE VINCI (L.) - Dessins reproduits dans Frisch (U) Turbulence ; the Legacy of A.N. Kolmogorov - . Cambridge University Press (1995).
-
(2) - MAREY (E.J.) - Documents de la cinémathèque française - (1901).
-
(3) - MACH (E.), WELTRUBSKY (J.von) - Uber die Formen der Funkenwellen - . Sitzungsber.Kaiserl. Akad. Wiss Wien, Naturwiss. Kl. Abt. 1 78, 551-560 (1878).
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(4) - MACH (L.) - Uber einen interferenz-Refraktor Z - . Instrumentenkd 12 89-93 (1892).
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(5) - BOUTIER (A.), ROYER (H.) - Visualisations et mesures optiques en aérodynamique - . Techniques de l’Ingénieur, Mesures physiques, Visualisations et mesures optiques en aérodynamique, pp. R2160.1-R2160.26 (1998).
-
(6) - MERTZKIRCH (W.) - Flow Visualization - . Academic press (1987).
-
...
NORMES
-
Les lasers : risques et moyens de préventions - ND 2093 -
-
Équipement de protection contre les lasers - ND 2075 -
-
Point des connaissances sur les lasers - ED 5009 -
1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
(liste non exhaustive)
Coherent http://www.coherent.com/
Dantec http://www.dantecdynamics.com/
Excel laser http://www.laserexcel.com/
Europulse http://www.euro-pulse.com/index_fr.htm
Es-France E2vtechnologies http://www.es-france.com/
Flir http://www.flir.fr/thermographie/cameras-flir.php
hamamatsu http://www.hamamatsu.com/
Jobin Horiba Yvon http://www.jobinyvon.fr/
La vision http://www.lavision.de/index.php
Laser 2000 http://www.laser2000.fr/
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Lyncée tec http://www.lynceetec.com
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Photonlines http://www.photolines.fr/
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