Letteratura scientifica selezionata sul tema "Imagerie interférométrique de partiules"

L’imagerie interférométrique de particules (IIP) en défaut de mise au point est une technique de granulométrie optique permettant de déterminer la forme et la taille de particules micrométriques : 20 µm − 2 000 µm. Elles peuvent être de nature différentes, par exemple, des cristaux de glace en suspension dans l’atmosphère, des cendres volcaniques, des nuages de grains de sable ou encore des particules de charbon disséminées autour de centrales thermiques. Les exemples précédents ont tous un point commun, ce sont des particules rugueuses, de formes irrégulières et les résultats de ces travaux de thèse s’appuient sur ces caractéristiques. L’acquisition d’images avec cette technique repose sur un principe de fonctionnement simple. Une particule rugueuse est illuminée avec un laser ; celle-ci diffuse une partie du rayonnement incident dans toutes les directions due aux aspérités à sa surface. Ces aspérités créent des sources secondaires du rayonnement incident. Un système d’imagerie en défaut de mise au point, enregistre les images des interférences issues de ces sources secondaires. Le développement et l’amélioration des programmes permettant de reconstruire la forme de la particule à partir de son image interférométrique est réalisé avec un banc expérimental équipé d’une matrice de micro-miroirs (DMD). La particule est "programmée" sur le DMD. Les micro-miroirs qui simulent les sources secondaires de la particule réfléchissent une partie du faisceau incident en direction du système d’imagerie. Ces travaux de thèse se concentrent d’une part sur la création d’un réseau de neurones permettant de classer la forme d’une particule à partir de son image interférométrique. Ce réseau de neurones a montré une reconnaissance dans 100% des cas. D’autre part, l’élaboration d’un autre réseau de neurones permettant de reconstruire l’enveloppe de particules irrégulières à partir de leurs images expérimentales a montré une très bonne qualité de reconstruction entre les formes programmées et les formes reconstruites. Dans les deux cas, des bases de données constituées de plusieurs milliers d’images expérimentales ont été acquises avec un montage expérimental équipé d’une matrice de micro-miroirs pour "simuler" les particules rugueuses. De plus, dans le cadre de cette technique, deux travaux supplémentaires ont été effectués : (i) d’abord une première méthode de correction de l’aberration sphérique, par passage de la base cartésienne à la base polaire, et une seconde de simulation de l’aberration sphérique en IIP, par décomposition du terme de phase en fonction gaussiènnes ; et (ii) la réalisation d’un système d’imagerie interférométrique adaptatif à base de lentille liquide a été mis au point permettant de réduire le recouvrement des interférogrammes par réglage instantané de la défocalisation du système d’imagerie
Out-of-focus interferometric particle imaging (IPI) is an optical particle sizing technique used to determine the shape and size of micrometric particles: 20 µm − 2,000 µm. They can be of different natures, for example, ice crystals suspended in the atmosphere, volcanic ash, clouds of sand grains or coal particles scattered around thermal power plants. The previous examples all have one thing in common, they are rough particles, with irregular shapes and the results of this thesis work are based on these characteristics. Image acquisition with this technique is based on a simple operating principle. A rough particle is illuminated with a laser; it diffuses part of the incident radiation in all directions due to the asperities on its surface. These asperities create secondary sources of the incident radiation. An out-of-focus imaging system records interference images from these secondary sources. The development and improvement of programs to reconstruct the shape of the particle from its interferometric image is carried out with an experimental bench equipped with a micro-mirror matrix (DMD). The particle is "programmed" on the DMD. The micro-mirrors that simulate the secondary sources of the particle reflect part of the incident beam towards the imaging system. This thesis work focuses on the one hand on the creation of a neural network to classify the shape of a particle from its interferometric image. This neural network has shown recognition in 100% of cases. On the other hand, the development of another neural network to reconstruct the envelope of irregular particles from their experimental images has shown very good reconstruction quality between the programmed shapes and the reconstructed shapes. In both cases, databases consisting of several thousand experimental images were acquired with an experimental setup equipped with a micro-mirror matrix to "simulate" rough particles. In addition, within the framework of this technique, two additional works were carried out: (i) first a first method of correction of spherical aberration, by passage from the Cartesian basis to the polar basis, and a second of simulation of spherical aberration in IPI, by decomposition of the phase term into Gaussian functions; and (ii) the realization of an adaptive interferometric imaging system based on a liquid lens was developed to reduce the overlap of interferograms by instantaneous adjustment of the defocus of the imaging system

Je présente dans cette thèse la combinaison de travaux expérimentaux, observationnels, et d'analyse de données achevés en partie à l 'Observatoire de Haute Provence (France) et en partie à Smithsonian Astrophysics Observatory (USA). J'ai développé un algorithme de mise en phase adapté aux interféromètres. Il implique une hiérarchie de triplets d'ouvertures. Des simulations numériques appliquées au cas d'objets résolus et non-résolus montrent qu'une seule itération est généralement suffisante pour obtenir le co-phasage. J'ai réalisé les premières images obtenues sur le ciel avec un interféromètre à pupille densifiée miniature. La formation de telles images viole la règle d' or des interféromètres imageurs qui semble interdire l'usage d'assemblages interférométriques différents d'un interféromètre de Fizeau. J'ai développé pour IOTA de nouveaux contrôleurs pour la caméra proche infra-rouge PICNIC ainsi qu'un suiveur d étoiles. Le bruit de lecture de la caméra est maintenant réduit à 12. 4 électrons par double échantillon corrélé. J'ai conçu un suiveur de franges maintenant régulièrement utilisé pour égaliser les chemins optiques entre les trois bases d'IOTA. Ceci est achevé au moyen d un nouvel algorithme basé sur l'interférométrie double Fourier, et sur un algorithme de suivi de retard de groupe pour déterminer la position du paquet de franges. Une partie de mon travail a impliqué la réduction de données d'observations d étoiles Mira. Nous avons obtenu les premières mesures simultanées des diamètres dans les bandes J, H et K par interférométrie longue base et détecté les variations des diamètres entre les différentes bandes spectrales
I have investigated imaging techniques in optical/infrared long-baseline interferometry. I have developed a phasing algorithmsuited for interferometers involving a hierarchy of aperturetriplets. Numerical simulations on unresolved and resolved objects show that a single iteration is generally sufficient to achieveco-phasing. Experimenting with direct imaging, I show the first images on the sky obtained with a scaled-down densified-pupil interferometer. The formation of such images violates a "golden rule of imaging interferometers" which appeared to forbid the use of interferometric arrangements differing from a Fizeau interferometer. Indirect imaging through closure-phase measurement can now be obtained at the IOTA interferometer. I developed for IOTA new controllers for the PICNIC near-infrared camera and the visible star tracker. I also devised a novel fringe packet tracking system now routinely used to equalise the optical path length for the three baselines of IOTA. Part of my work involved data reduction of single-baseline observations of Mira stars. We have obtained the first simultaneous measurements of J, H, and K band diameters by a long-baseline interferometer and detected statistical variations of the diameter ratios between different bands

Le centre de la Galaxie abrite un trou noir supermassif nommé Sgr A*. Grâce à l'instrument GRAVITY, les capacités de haute résolution angulaire du VLTI permettront pour la première fois l'observation directe de l'environnement immédiat d'un tel trou noir. Pour atteindre ce but astrophysique, il est nécessaire d'obtenir des observables interférométriques de grande précision et d'appliquer des techniques de reconstruction d'images. Dans ce contexte, j'ai pu dans une première partie de ma thèse, employer différentes méthodes d'imagerie interférométrique en infrarouge suite à l'observation de la supergéante rouge Alpha Orionis (Bételgeuse) avec l'interféromètre à trois télescopes IOTA. Ces travaux ont pu notamment conduire à la mise en évidence de structures asymétriques brillantes à la surface de l'étoile qui sont très probablement de nature convective.

La précision des observables interférométriques conditionne la qualité de la reconstruction d'image. Dans une deuxième partie, j'ai pu pratiquer une étude des performances interférométriques simulées de GRAVITY afin d'estimer la précision sur les phases et visibilités qu'il délivrera. Afin d'optimiser les futures observations de GRAVITY, il est essentiel d'avoir une idée des caractéristiques spatiales et temporelles de son objectif scientifique majeur qu'est Sgr A*. Pour cela, j'ai pu finalement participer à une campagne d'observation multi-longueurs d'onde de l'environnement de ce trou noir. A cette occasion, j'ai utilisé le mode BURST du spectro-imageur VISIR pour obtenir une haute résolution angulaire et une grande sensibilité au rayonnement de Sgr A*. Ceci m'a conduit à obtenir une limite supérieure la plus basse jamais enregistrée à 8,6 microns. Autre fait marquant, ces observations ont révélé la présence d'un sursaut d'intensité lumineuse en proche infrarouge. Si le processus de rayonnement n'est pas encore parfaitement modélisé, ces observations tendent à confirmer que les sursauts tirent leur origine d'un mouvement orbital de matière à quelques rayons de Schwarzschild de Sgr A*.

Grâce à sa précision astrométrique de 10 micro-secondes d'angle, correspondant à un rayon de Schwarzschild à la distance du Centre Galactique, GRAVITY sera en mesure de résoudre le mouvement orbital de ces spots de matière et de comprendre la nature d'un tel rayonnement. De plus, il permettra la mesure directe de la métrique d'espace-temps et l'étude de la relativité générale en champ fort.

Le centre de la Galaxie abrite un trou noir supermassif nommé Sgr A*. Grâce à l'instrument GRAVITY, les capacités de haute résolution angulaire du VLTI permettront pour la première fois l'observation directe de l'environnement immédiat d'un tel trou noir. Pour atteindre ces buts astrophysiques, il est nécessaire d'obtenir des observables interférométriques de grande précision et d'appliquer des techniques de reconstruction d'images. Dans ce contexte, j'ai pu dans une première partie de ma thèse, employer différentes méthodes d'imagerie interférométrique en infrarouge suite à l'observation de la supergéante rouge Orionis (Bételgeuse) avec l'interféromètre à trois télescopes IOTA. Ces travaux ont pu notamment conduire à la mise en évidence de structures asymétriques brillantes à la surface de l'étoile qui sont très probablement de nature convective. La précision des observables interférométriques conditionne la qualité de la reconstruction d'image. Dans une deuxième partie, j'ai pu pratiquer une étude des performances interférométriques simulées de GRAVITY afin d'estimer la précision sur les phases et visibilités qu'il fournira. Afin d'optimiser les futures observations de GRAVITY, il est essentiel d'avoir une idée des caractéristiques spatiales et temporelles de son objectif scientique majeur qu'est Sgr A*. Pour cela, j'ai pu finalement participer à une campagne d'observation multi-longueurs d'onde de l'environnement de ce trou noir. A cette occasion, j'ai utilisé le mode BURST du spectro-imageur VISIR pour obtenir une haute résolution angulaire et une grande sensibilité au rayonnement de Sgr A*. Ceci m'a conduit à obtenir une limite supérieure la plus basse jamais enregistrée à 8,6 microns. Autre fait marquant, ces observations ont révélé la présence d'un sursaut en proche infrarouge. Si le processus de rayonnement n'est pas encore parfaitement modélisé, ces observations tendent à confirmer que les sursauts tirent leur origine d'un mouvement orbital de matière à quelques rayons de Schwarzschild de Sgr A*. Grâce à sa précision astrométrique de 10 micro-secondes d'angle, correspondant à un rayon de Schwarzschild à la distance du Centre Galactique, GRAVITY sera en mesure de résoudre le mouvement orbital de ces spots de matière et de comprendre la nature d'un tel rayonnement. De plus, il permettra également la mesure directe de la métrique d'espace-temps et l'étude de la relativité générale en champ fort
The Galactic Center hosts a supermassive black hole called Sgr A*. Thanks to the GRAVITY instrument, the high angular resolution that the VLTI delivers will allow the direct observation of the immediate vicinity of such a black hole. To reach these astrophysical goals, it is mandatory to get very accurate interferometric observables to sucessfully apply imaging reconstruction methods. In that framework and as the first part of my thesis, I could use different infrared interferometric imaging techniques applied to the data obtained on the red supergiant Orionis (Betelgeuse) with the three telescope interferometer IOTA. These works have unveiled the presence of bright asymmetric structures on the stellar surface whose origin is likely to be convective. The quality of image reconstruction depends on the accuracy of the interferometric observables. In a second part of my thesis, I could study the simulated interferometric performances of GRAVITY to estimate the accuracy on phases and visibilities and checked that they met the requirements. Finally, in order to optimize the GRAVITY future observations, it is important to get an estimation of the spatial and temporal behaviour of its primary scientific goal : Sgr A*. To that aim, I could participate to a large multi-wavelength observation campaign of Sgr A*. I could use the BURST mode of the VISIR spectro-imager to get a high resolution on images and a high sensitivity to Sgr A* radiations. This allowed me to derive an unprecedented upper limit on Sgr A* flux at 8. 6 microns. These observations also showed a flare in L' band exhibiting a quasi-periodicity that is twice longer than the ones previously observed. If the radiating process is still not fully understood, these observations confirm that the flares are due to the orbital motion of matter at a few Schwarzschild radii of Sgr A*. Thanks to an astrometric accuracy of 10 μas, which represents 1 Schwarzschild radius at the distance of the Galactic Center, GRAVITY will be able to resolve the orbital motion of these hot spots and to understand the nature of these radiations. Moreover, it will also allow to directly measure the space-time metric and test general relativity in strong field regime due the presence of a supermassive black hole located at the center of a galaxy

La microscopie a saut de phase et la microscopie a glissement de frange sont des nouvelles methodes non destructives de caracterisation de surface des semiconducteurs. L'outil informatique a enormement facilite l'usage de ces techniques de mesure de relief. Autour de lui, les methodes nouvelles de vision permettent l'expertise de qualification de materiaux en surface. Un logiciel specialise nanoprof a ete developpe, a base de menu deroulant et qui permet de mesurer le relief de surface en appliquant ces nouvelles methodes de vision et en creant des images de synthese. Ces images fournissent les renseignements necessaires sur la constitution et la forme des surfaces. L'utilisation de la psm et pfsm a permis de caracteriser le relief de surface des transistors mesfet ainsi que les defauts apres attaque chimique d'echantillons de gaas. Ces caracterisations ont illustre l'utilisation d'un logiciel complet de traitement d'image applique a la mesure de surface

Pour de nombreuses applications industrielles ou environnementales, il est important de mesurer la taille et le volume de particules de formes irrégulières. C'est par exemple le cas dans le cadre du givrage des aéronefs qui se produit durant les vols, où il est nécessaire de mesurer in-situ la teneur en eau et la teneur en glace dans la troposphère afin de détecter et d’éviter les zones à risques. Notre intérêt s’est porté sur l’imagerie interférométrique en défaut de mise au point, une technique optique offrant de nombreux avantages (large champ de mesure, gamme de tailles étudiée étendue [50 μm : quelques millimètres], distance particule/appareil de mesure de plusieurs dizaines de centimètres…). Au cours de ces travaux de thèse, nous avons montré que la reconstruction 3D d'une particule peut se faire à partir d'un ensemble de trois images interférométriques de cette particule (sous trois angles de vue perpendiculaires). Cela peut être fait en utilisant l'algorithme de réduction d'erreur (ER) qui permet d'obtenir la fonction f(x,y) à partir des mesures du module de sa transformée de Fourier 2D |F(u,v)|, en reconstruisant la phase de sa transformée de Fourier 2D. La mise en œuvre de cet algorithme nous a permis de reconstruire la forme de particules irrégulières à partir de leurs images interférométriques. Des démonstrations expérimentales ont été réalisées à l'aide d'un montage spécifique basé sur l'utilisation d’une matrice de micro-miroirs (DMD) qui génère les images interférométriques de particules rugueuses programmables. Les résultats obtenus sont très encourageants. Les volumes obtenus restent assez proches du volume réel de la particule et les formes 3D reconstruites nous donnent une bonne idée de la forme générale de la particule étudiée même dans les cas les plus extrêmes où l'orientation de la particule est quelconque. Enfin, nous avons montré qu'une reconstruction 3D précise d'une particule rugueuse "programmée" peut être effectuée à partir d'un ensemble de 120 images interférométriques
For many industrial or environmental applications, it is important to measure the size and volume of irregularly shaped particles. This is for example the case in the context of aircraft icing which occurs during flights, where it is necessary to measure in situ the water content and the ice content in the troposphere in order to detect and avoid risk areas. Our interest has been on interferometric out-of-focus imaging, an optical technique offering many advantages (wide measurement field, extended range of sizes studied [50 μm: a few millimeters], distance particle / measuring device several tens of centimeters ...). During this thesis, we showed that the 3D reconstruction of a particle can be done from a set of three interferometric images of this particle (under three perpendicular viewing angles). This can be done using the error reduction (ER) algorithm which allows to obtain the function f(x,y) from the measurements of the modulus of its 2D Fourier transform |F(u,v)| , by reconstructing the phase of its 2D Fourier transform. The implementation of this algorithm allowed us to reconstruct the shape of irregular particles from their interferometric images. Experimental demonstrations were carried out using a specific assembly based on the use of a micro-mirror array (DMD) which generates the interferometric images of programmable rough particles. The results obtained are very encouraging. The volumes obtained remain quite close to the real volume of the particle and the reconstructed 3D shapes give us a good idea of the general shape of the particle studied even in the most extreme cases where the orientation of the particle is arbitrary. Finally, we showed that an accurate 3D reconstruction of a "programmed" rough particle can be performed from a set of 120 interferometric images

La première partie méthodologique de ce mémoire est dédiée au filtrage du speckle des données POL-InSAR multivariées et son impact sur l'estimation de paramètres. Trois directions principales ont été étudiées pour gagner en stationnarité/ergodicité : des voisinages adaptatifs vis-à-vis du signal, un estimateur adaptatif ou non et la compensation de la composante déterministe du signal de phase interférométrique. Ce mémoire propose une nouvelle stratégie pour filtrer des images SAR multivariées : l'utilisation de voisinages adaptatifs obtenus par une technique de croissance de région multivariée. Cette méthode appelée IDAN combine toutes les informations d'intensité disponibles dans un processus de croissance de région pour assurer la validité des hypothèses de stationnarité/ergodicité. Conjointement à IDAN, une nouvelle méthode est proposée pour estimer les fréquences locales dans des interférogrammes SAR. Ces méthodes ont été testées à la fois sur des images satellitaires basse résolution provenant d'acquisitions tandem ERS et sur plusieurs jeux de données aéroportées haute résolution dans différentes bandes de fréquences et configurations polarimétriques. La seconde partie de ce mémoire est dédiée à l'observation des glaciers alpins par télédétection SAR. Cette partie aborde le problème du traitement des données SAR multivariées sur le site test Chamonix Mont-Blanc. L'analyse de plusieurs interférogrammes ERS tandem acquis entre juillet 1995 et avril 1996 a permis d'obtenir les premiers champs de vitesse D-InSAR sur des glaciers des Alpes françaises et de montrer qu'il est possible de mesurer leur vitesse de surface entre octobre et avril avec un échantillonnage spatial de l'ordre de 20 m dans des interférogrammes à 1 jour en bande C. La seconde application présente une analyse POL/POL-InSAR des données SAR multibandes haute résolution acquises par le système aéroporté E-SAR en octobre 2006
In this PhD thesis, two main axes have been investigated. The first methodological part of this thesis proposes a particular focus on speckle filtering of POL-InSAR multivariate data and its implication on parameter estimation. The objective of speckle filtering is to retrieve the radiometric and spatial scene information from the observed speckled SAR measurement. Three main directions for gaining in stationarity/ergodicity have been investigated : signal adaptive neighbourhoods, non-adaptive/adaptive estimators and compensation of deterministic components in the interferometric phase signal. This thesis proposes a novel strategy for filtering multivariate SAR images, namely the use of adaptive neighbourhoods obtained by multivariate region growing techniques. According to this algorithm, named IDAN, all the available intensity images of the polarimetric or/and interferometric components are fused in the region growing process to ensure the validity of the stationarity/ergodicity assumptions. A novel method for estimating local frequencies in SAR interferograms is proposed. These algorithms have been tested both on several high resolution airborne data sets, and on low resolution spaceborne tandem ERS SAR images. The second part of this thesis is dedicated to Alpine glacier monitoring by SAR remote sensing. This part tackles the problem of processing multivariate SAR data over the Chamonix Mont-Blanc test site. The first application presented consists in measuring the 3D displacement field of an Alpine glacier by D-InSAR. The analysis of several tandem ERS interferograms between July 1995 and April 1996 shows that it is possible to measure temperate glacier surface velocity fields from October to April in 1-day C-band interferograms with approximately 20-meter ground sampling. The second application is represented by the first POL-InSAR analysis of multiband high resolution airborne SAR data acquired by the ESAR system in October 2006

Le phénomène de givrage qui se produit durant les vols d’aéronefs, lors de leurs traversées de la troposphère (zone dans laquelle la température peut descendre jusqu’à -60°C) se manifeste par une accrétion de glace sur différentes parties de l’appareil (voilures, réacteurs, sondes de mesure…) mettant en péril la sécurité de celui-ci. Ce phénomène constitue alors une problématique majeure pour la sécurité de l’aviation civile, c’est pourquoi il est nécessaire de développer de nouvelles techniques de mesure afin de détecter et d’éviter les zones à risques. Notre intérêt s’est porté sur l’imagerie interférométrique en défaut de mise au point, une technique optique offrant de nombreux avantages (large champ de mesure, gamme de tailles étudiée étendue [50 μm : quelques millimètres], distance particule/appareil de mesure de plusieurs dizaines de centimètres…). Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développé un dispositif d’Imagerie Interférométrique de Particules (IIP) multi-vues permettant de caractériser les cristaux de glace en suspension dans latroposphère. En effet, par comparaison avec des mesures obtenues sur des images nettesenregistrées simultanément, nous avons validé l’utilisation de l’IIP multi-vues pour l’estimation dedimensions de particules de glace avec un taux d’erreur inférieur à 20%. Nous avons égalementproposé différentes approches permettant d’estimer les volumes des particules de glace et mis enévidence la « signature » typique d’une gouttelette en cours de givrage à partir d’images d’IIP.Dans une seconde partie, nous avons validé l’utilisation de l’IIP multi-vues pour le cas complexe oùles interférogrammes d’une paire de particules de glace proches l’une de l’autre se recouvrent etdiscuté des phénomènes de Moiré qui peuvent apparaître et perturber nos mesures. En outre, nousavons étendu le domaine d’utilisation de l’IIP à des milieux moins dilués. Enfin, dans une dernière partie, nous avons développé un dispositif expérimental innovant nous permettant d’effectuer des mesures d’IIP expérimentales à partir de particules « programmées » sur une matrice de micro-miroirs (DMD)
The icing phenomenon that occurs during aircraft flights during their troposphere crossings (an area where the temperature can drop to -60 ° C) is manifested by an accretion of ice on different parts of the apparatus (wings, reactors, measurement probes ...) endangering the safety of this latter. This phenomenon is therefore a major problem for the safety of civil aviation, that's why it is necessary to develop new measurement techniques to detect and avoid risk's areas. Our interest has been on interferometric out-of-focus imaging, an optical technique offering many advantages (wide measurement field, range of studied sizes extended [50 μm: a few millimeters], distance particle / measuring device several tens of centimeters ...). During this thesis, we have developed a multi-view Interferometric Particle Imaging (IPI) device to characterize suspended ice crystals in the troposphere. Indeed, by comparison with measurements obtained on in-focus images recorded simultaneously, we have validated the use of multi-view IIP for the estimation of ice particle dimensions with an error rate lower than 20%. We also proposed different approaches to estimate ice particle volumes and highlighted the typical "signature" of a droplet during icing from IIP images.In a second part, we validated the use of multi-view IIP for the complex case where the interferograms of a pair of ice particles close to each other overlap and discuss about Moiré phenomena that may appear and disrupt our measurements. In addition, we have extended the field of use of IIP to less diluted media. Finally, in the last part, we have developed an innovative experimental device allowing us to perform experimental IIP measurements from particles "programmed" on a matrix of micro-mirrors (DMD : Digital Micromirror Device)