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Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 54 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 9 Mo |
Extrait
Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique
Facult¶e des sciences d’Orsay - Universit¶e Paris-Sud XI
?THESE
pr¶esent¶ee par
Noura Ayari-Matallah
pour obtenir le grade de
Docteur en Sciences
Sp¶ecialit¶e : physique
IMAGERIE HYPERSPECTRALE
¶PAR TRANSFORMEE DE FOURIER
¶ ¶LIMITES DE DETECTION, CARACTERISATION DES IMAGES
ET NOUVEAUX CONCEPTS D’IMAGERIE
Soutenue le
devant le jury compos¶e de :
M. Pierre AMBS .................rapporteur
M. Florian BOCIORT ............rapporteur
M. Jean Claude FONTANELLA ..examinateur
M. Franc»ois GOUDAIL ...........directeur de the?se
M. Jean-Louis LE GOUET .......examinateur
M. J¶er^ome PRIMOT .............examinateur
M. Jean TABOURY ..............examinateur
tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011IMAGERIE HYPERSPECTRALE
¶PAR TRANSFORMEE DE FOURIER
¶LIMITES DE DETECTION,
¶CARACTERISATION DES IMAGES
ET NOUVEAUX CONCEPTS D’IMAGERIE
Noura Ayari-Matallah
Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique
2011
tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011Remerciements
tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011Amonpe?reeta?mam?ere,quionttoujourscruen
moi et qui m’ont toujours soutenu dans tous mes
choix. Merci pour toutes les concessions faites,
j’esper? e que vous serez flers de moi...
tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011Table des matiere? s
Table des flgures xv
Liste des tableaux xxiii
I Limites de d¶etection des m¶ethodes de spectro-imagerie 3
1 Comparaison des m¶ethodes de spectro-imagerie 5
1.1 Principe de la spectro-imagerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Principe des spectromet? res imageurs ¶etudi¶es . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 Le spectro-imageur utilisant un ¶el¶ement dispersif . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 Le spectro-imageur par transform¶ee de Fourier . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Comparaison de la spectrom¶etrie par transform¶ee de Fourier statique a? la
spectrom¶etrie par r¶eseau en mode pushbroom . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1 Conditions de comparaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1.1 Spectro-imagerie par r¶eseau en mode push-broom . . . . . 13
1.3.1.2 Spectro-imageriepartransform¶eedeFourierstatiquegrande
¶etendue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1.3 Sch¶emas¶equivalents des m¶ethodes de spectro-imagerie que
l’on souhaite comparer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 Aspects photom¶etriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
¶1.3.3 Echantillonnage de la mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.3.1 Spectro-imageur a? r¶eseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.3.2 Spectro-imageur par transform¶ee de Fourier. . . . . . . . . 17
1.3.4 Discr¶etisation du spectre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3.5 Prise en compte du bruit sur la mesure et estimation du spectre . . 18
1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Gain en RSB de la spectro-imagerie par transform¶ee de Fourier 21
2.1 D¶eflnition de trois m¶ethodes d’acquisition du spectre estim¶e . . . . . . . . . 21
2.1.1 Mesure utilisant un ¶el¶ement dispersif . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.2 Mesure par transform¶ee de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.3 Mesure directe ¶echantillonn¶ee r¶eguli?erement en ? . . . . . . . . . . 22
2.2 Principaux types de bruits perturbant la mesure . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3 Estimation du RSB sur spectre estim¶e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.1 Variance du bruit sur le spectre estim¶e pour les trois m¶ethodes¶etudi¶ees 24
2.3.1.1 Cas de la m¶ethode D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24‚
2.3.1.2 Cas de la m¶ethode TF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.1.3 Cas de la m¶ethode D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25?
ix
tel-00585537, version 1 - 13 Apr 20112.3.2 D¶eflnition du rapport signal sur bruit (RSB) . . . . . . . . . . . . . 25
2.4 Conditiond’existencedugainenRSBdelaspectro-imageriepartransform¶ee
de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.1 Expression du gain multiplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.2 Limitesdugainenrapportsignalsurbruitdelaspectro-imageriepar
transform¶ee de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.2.1 Bruitded¶etecteurpr¶epond¶erantpourlesdeuxm¶ethodesTF
et D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26‚
2.4.2.2 Bruit de photons pr¶epond¶erant pour les deux m¶ethodes TF
et D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27‚
2.4.2.3 Bruit de d¶etecteur pr¶epond¶erant pour la m¶ethode D et ou?‚
le bruit de photons est pr¶epond¶erant pour la m¶ethode TF 27
2.5 Application a? la d¶etection de la raie spectrale d’un gaz de largeur ¢? . . . 29
2.5.1 Expression du RSB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.1.1 D¶etection d’une raie avec un d¶etecteur quantique. . . . . . 31
2.5.1.2 D¶etection d’une raie avec un d¶etecteur thermique . . . . . 31
2.6 Application a? un scenario de d¶etection d’une raie d’un gaz de largeur ¢? . 32
2.6.1 Description du scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.2 Comparaison du bilan radiom¶etrique de deux m¶ethodes de spectro-
imagerie dans l’infra rouge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.2.1 Bilanradiom¶etriquesurl’intervalle3-5„mavecled¶etecteur
Uranus MW de SOFRADIR . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.2.2 Bilan radiom¶etrique entre 8 et 12 „m avec le d¶etecteur
Uranus LW de SOFRADIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6.2.3 Bilan radiom¶etrique entre 8 et 12 „m avec le d¶etecteur
microbolom¶etrique ULIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.3 Evolution du RSB sur l’intervalle spectral d’int¶er^et . . . . . . . . . . 43
2.6.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3 Efiet des d¶efauts du d¶etecteur sur la restitution du spectre 49
3.1 Fluctuations spatio-temporelles de la r¶eponse des pixels du d¶etecteur . . . . 49
3.1.1 M¶ethodes usuelles de correction des d¶efauts du d¶etecteur . . . . . . 49
3.1.2 In uence des non uniformit¶es du d¶etecteur lors de la mesure par
spectro-imagerie par TF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1.2.1 Model?e des uctuations de la r¶eponse du d¶etecteur . . . . . 50
3.1.2.2 D¶etermination d’un estimateur de l’interf¶erogramme et de
sa variance pour chaque pixel . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.1.2.3 Confrontationdumode?leth¶eoriquea?lasimulationdeMonte
Carlo et validation du model?e . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.1.3 Simulation de l’efiet des difi¶erents types de bruits sur le spectre estim¶e 55
3.1.3.1 Cas du bruit d’ofiset seul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.3.2 Cas du bruit de gain seul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.3.3 Cas du bruit de photon seul . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2 Efiet de la non lin¶earit¶e du d¶etecteur sur la restitution du spectre . . . . . . 60
3.2.1 Non lin¶earit¶e du d¶etecteur bas¶ee sur le mode?le de la courbe en S . . 60
3.2.2 Efiet sur la restitution du spectre estim¶e . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
tel-00585537, version 1 - 13 Apr 2011