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RÉSUMÉ
Les techniques de cinématographie électronique permettent de nos jours de manipuler les images bien au-delà des limites imposées par les systèmes d’analyse purement optiques. Une caméra optique est constituée d’un convertisseur d’images basé sur la double conversion photons-électron puis électron-photons. Leur résolution temporelle atteint sans difficulté la picoseconde et leur gamme spectrale couvre le spectre électromagnétique depuis l’infrarouge jusqu’au domaine du rayonnement des rayons X.
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Noël FLEUROT : Docteur de 3 cycle de sciences physiques (génie électronique) Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA-DAM) Bruyères le Châtel
INTRODUCTION
Afin de décomposer les mouvements d’objets trop rapides pour être saisis par l’œil, la cinématographie optique a depuis ses origines [1] mis à profit trois dimensions contenues dans chaque image (deux dimensions d’espace et une d’intensité). La « base de temps » qui fournit la succession régulière des images permet de localiser l’évolution d’un objet à différents instants et d’accéder à la mesure de sa vitesse, voire de son accélération ; dans le cas où il se déforme, la vitesse de déformation pourra être mesurée. Transposée en milieu industriel ou au laboratoire, cette technique permet également les mesures de chronométrie et de synchronisation d’événements. La dimension d’intensité lumineuse, lorsqu’elle est rattachée à des informations spectrales, peut également donner accès à l’évolution de la température des objets observés.
Les années 1950 ont rendu accessibles les temps d’analyse allant de la milliseconde jusqu’au domaine de la microseconde pour les équipements spécifiques les plus élaborés de l’époque. De nombreuses applications de type industriel correspondent à cette gamme de temps.
Les années 1960 ont vu ces caméras optiques atteindre progressivement leurs limites ultimes de résolution. Elles ont alors cédé la place aux caméras électroniques, temporellement plus résolvantes, qui mettent en œuvre la double conversion photons-électron puis électron-photons dans un tube électronique dit « convertisseur d’images ». L’accroissement de rapidité apporté grâce à la manipulation électronique de l’image intermédiaire donne accès au domaine des temps compris entre la microseconde (10−6 s) et la picoseconde (10−12 s) pour les caméras standards, dégageant ainsi un champ d’application particulièrement vaste au niveau des laboratoires.
Les caméras les plus performantes atteignent actuellement une résolution temporelle voisine de quelques centaines de femtosecondes (1 femtoseconde = 10−15 s) en mode dit « balayage de fente », ce qui reste encore deux à trois ordres de grandeur au-dessus des impulsions lumineuses les plus brèves actuellement produites.
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L’expérience et son environnement
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4. Chaîne de mesure et d’acquisition
L’enregistrement des images peut être fait selon deux méthodes complémentaires qui sont adaptées à des modes d’exploitation spécifiques : l’utilisation de film enregistreur ou de caméra CCD.
4.1 Enregistrement par film photographique
Examinons tout d’abord les deux principaux types utilisés.
HAUT DE PAGE4.1.1 Film positif à développement rapide
Ce support d’image restitue le phénomène tel qu’il est vu par l’observateur, mais son opacité (papier photographique) interdit toute analyse par transmission, ce qui limite à une analyse visuelle ou dimensionnelle sommaire.
En revanche, ces films (type Polaroïd, par exemple) autorisent une visualisation immédiate du résultat. Une large gamme de sensibilité est disponible (typiquement de 18 à 36 DIN).
HAUT DE PAGE4.1.2 Film négatif à développement différé
Un traitement de développement (révélateur, fixateur et séchage) précède nécessairement toute observation du phénomène ; au-delà, l’analyse visuelle des images en mode négatif (par transmission de la lumière) requiert un peu d’entraînement de la part de l’utilisateur du fait de l’inversion des densités optiques, mais elle présente l’immense avantage de pouvoir faire l’objet d’analyses dimensionnelles et de mesure de la densité du film à l’aide d’un microdensitomètre qui assure de réelles conditions de métrologie, contrairement au film positif.
On pourra alterner sans problème l’utilisation du film positif, qui facilite la mise au point d’une expérience dans d’excellentes conditions de rapidité, avec celle du film négatif qui permet de conserver des clichés exploitables à tout moment dans les meilleures conditions de résolution et de dynamique en éclairement.
Une très large gamme de films peut être mise en œuvre en fonction des conditions de la prise de vue et du paramètre prioritairement recherché dans l’analyse (sensibilité,...
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Chaîne de mesure et d’acquisition
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MIQUEL (J.C.) - L’observation en vidéo rapide - . TEC et DOC.
-
(2) - Solid State Camera Product - . 1989 EG and G RETICON.
-
(3) - FLEUROT (N.), GEX (F.), CAVAILLER (C.), al - S1 photocathode designed for streak camera image converter tubes - . Review of Scientific Instruments. Vol. 54, p. 161-164, fév. 1983.
-
(4) - FLEUROT (N.), CAVAILLER (C.), SAUNEUF (R.), al - Cinématographie ultra-rapide dans le domaine spectral X destinée aux expériences d’interaction laser-matière - . Premier Congrès Européen de cinéradiographie par photons ou particules. SPIE, vol. 312, p. 93-100, Paris, 19-21 mai 1981.
-
(5) - CAVAILLER (C.) - The evolution of high speed photography and photonics techniques in detonics experiments - . XIXth International Congress on high speed photography and photonics, SPIE, vol. 1358, part 1, p. 220-222, Cambridge (UK), sept. 1990.
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...
ANNEXES
(liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE1.1 Caméras électroniques ultra-rapides et tubes convertisseurs d’images
Cordin http://www.cordin.com
Hamamatsu Photonics France http://www.hamamatsu.com
Kentech https://www.kentech.com/
Lhesa Électronique http://www.lheritier-sa.com
Optronis http://www.optronis.com
ORS
Photonis http://www.photonis.com
Sydor http://www.sydor.com
Thales http://www.thalesgroup.com
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