Добірка наукової літератури з теми "Imagerie infrarouge multispectrale"

L’émission accidentelle de gaz sur des sites industriels ou l’utilisation d’armes chimiques peuvent avoir des conséquences dramatiques. Bertin Technologies commercialise une caméra multispectrale infrarouge utilisant un détecteur non-refroidi appelée Second Sight permettant de détecter de nombreux gaz. Cependant, l’acquisition temporelle des images spectrales est un frein pour une utilisation sur porteurs mobiles (véhicules, drones…). L’objet de la thèse a donc été d’étudier plusieurs concepts de caméras multispectrales à acquisition simultanée utilisant un seul détecteur non-refroidi. J’ai travaillé sur deux concepts d’architectures optiques : une architecture basée sur l’utilisation d’un kaléidoscope et une architecture multivoies inspiré de l’architecture TOMBO. L’architecture kaléidoscope a l’avantage d’utiliser de manière optimale le détecteur pour de fortes ouvertures et pour une grande variété de champs de vue. Elle est cependant encombrante et la fonction multispectrale reste délicate à intégrer. L’architecture multivoie, quant à elle, est très compacte et facilement adaptable à des applications multispectrales mais un compromis entre le champ de vue et l’ouverture doit être trouvé. Nous avons choisi cette architecture comme successeur de la Second Sight et j’ai pu réaliser un démonstrateur. Enfin, un modèle radiométrique a été développé pour comparer les différentes caméras et j’ai montré que la caméra TOMBO pouvait avoir de meilleures performances que la Second Sight grâce à l’acquisition simultanée des images multispectrales
The accidental emission of gas in an industrial platform or the use of chemical weapons can have dramatic consequences. Bertin Technology commercialize an infrared multispectral camera using an array of uncooled detectors and called Second Sight allowing the detection of numerous gas. However, the temporal acquisition of spectral images is a limitation for a use on mobile platforms (vehicles, drones...). Therefore, the purpose of my PhD was to study several concepts of snapshot multispectral cameras using a single array of uncooled detectors. I worked on two concepts of optical architectures: a kaleidoscope-based design and a multichannel design inspired by the TOMBO architecture. The kaleidoscope-based camera can use optimally the focal plane array while having an important aperture and a great range of Fields of View. However, it has an important footprint and the implementation of the multispectral function is not obvious. By comparing, the multichannel architecture can be very compact and easily adaptable for multispectral applications but a compromise between its aperture and its Field Of View is necessary. Following these studies, the TOMBO multichannel design was chosen as the successor of the Second Sight and I could make a first demonstrator. Finally, a radiometric model was developed to compare the different cameras and I showed that the TOMBO camera could have better performances than the Second Sight thanks to its snapshot feature

Cette thèse a pour objet l'étude des surfaces sélectives en fréquence comme filtres pour l'imagerie multispectrale infrarouge. Les surfaces sélectives en fréquence en transmission sont composées d'une couche métallique percée d'ouvertures périodiques résonantes. La longueur d'onde de résonance et le gabarit du filtre (transmission, largeur à mi-hauteur) dépendent de paramètres géométriques latéraux, ce qui permet d'envisager la conception de matrices multispectrales de pixels. Un modèle théorique utilisant la théorie temporelle des modes couplés sera utilisé pour mettre en évidence les mécanismes du fonctionnement de ces structures dans le domaine de l'infrarouge (λ=1-12 µm), où les métaux sont absorbants. Dans le cadre de cette théorie, des taux de pertes radiatifs et par absorption métallique seront calculés et commentés. Des simulations en FDTD (Finite Difference Time Domain) seront effectuées pour comparaison avec le modèle. De plus, des empilements prenant en compte les contraintes technologiques seront simulés et analysés et permettront de définir les composantes d'un empilement optimal en terme de géométrie et de paramètres matériau (choix des indices optiques). La tolérance à l'angle d'incidence de ces filtres sera également étudiée
This thesis investigates frequency selective surfaces as filters for infrared multispectral imaging. Frequency selective surfaces for the transmission of light are made of a metallic layer etched with periodic resonant apertures. The resonance wavelength and the filter's parameters (transmission, full width at half maximum) depend on lateral geometrical parameters, facilitating the design and integration of filters on the focal plane array of the detector. A theoretical model using the temporal coupled mode theory will be used to highlight key parameters of the physics of these structures at infrared wavelengths (λ=1-12 µm), where metals are absorbing. Radiative and absorptive loss rates will be calculated and commented. FDTD (Finite Difference Time Domain) simulations will be made and compared with the model. Furthermore, optical stacks taking into account technological constraints will be simulated and analyzed and will allow us to define an optimal optical stack, considering geometrical and material parameters (choice of optical indexes). The filters' angular tolerance will be considered

Cette thèse porte sur l’application des images multispectrales pour l’analyse des matériaux utilisés dans une peinture par comparaison avec la photographie traditionnelle de fluorescence induite par rayons UV et la réflectoraphgie infrarouge. L’application des images multispectrales à l'étude des matériaux picturaux a été appuyée par d'autres techniques analytiques telles que la spectroscopie de réflectance et de fluorescence, la spectroscopie de fluorescence X, la spectroscopie d'absorption UV-visible et la spectroscopie infrarouge transformée de Fourier en réflectance totale atténuée. L’imagerie multispectrale a été testée comme outil de laboratoire d’identification des matériaux picturaux. Ainsi, des couches de peinture constituées de pigments (anciens et modernes), de liants (œufs et l’huile de lin) et de vernis naturels ont été analysées. Pour les matériaux organiques, des expériences de vieillissement accéléré (photodégradation et dégradation thermique) ont permis de modéliser les changements optiques et chimiques intervenant au cours de la vie d’un tableau. De plus, une analyse diagnostique a été réalisée sur deux tableaux conservés à « Accademia di San Luca » (Rome) par photographie de fluorescence induite par rayonnement UV, radiographie, spectroscopie de réflectance, spectroscopie de fluorescence X, images de fluorescence UV et réflectance multispectrale, réflectographie infrarouge multispectrale. Par rapport aux techniques traditionnelles, les images multispectrales permettent d’analyser de nombreuses régions spectrales qui, dans certains cas, permettent d’identifier le pigment et/ou des zones non homogènes de la couche superficielle picturale. Certaines gammes de longueurs d’onde infrarouge permettent notamment de voir les détails des différentes couches préparatoires, amenant à une analyse plus précise de la technique d’exécution. Cependant, une des limites des images multispectrales concerne l’identification des mélanges complexes et/ou des différentes strates de matériaux en fonction du type de filtre utilisé
This thesis focus on the application of multispectral images for the analysis of pictorial materials in comparison with the traditional UV-fluorescence photography and infrared reflectography. The assessment of multispectral imaging for the study of pictorial materials was supported by other analytical techniques such as reflectance and fluorescence spectroscopy, X-Ray Fluorescence (XRF), UV-visible absorption spectroscopy and Total Attenuated Reflectance - Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR). The multispectral imaging was tested on swatches of pictorial layers (constituted by ancient and modern pigment), binders (egg and linseed oil) and natural varnishes. For the organic materials, accelerated ageing methods (photo-chemical and thermal degradation) were used to model the optical and chemical changes occurring during the lifetime of a painting. In addition, a diagnostic investigation was performed on two paintings placed in "Accademia di San Luca" (Rome) by means of UV-fluorescence photography, radiography, reflectance spectroscopy, X-ray fluorescence spectroscopy, UV-VIS-NIR multispectral imaging. Multispectral images, comparing to traditional techniques, permit to individuate specific spectral behaviors, and, in some cases, identify the pigment and/or non-homogeneous areas of the pictorial or varnish layers. The possibility to select some infrared wavelengths allows to see details of the preparatory layers, leading to a more accurate analysis of the technique of execution. However, the limitations of multispectral images for the identification of complex mixtures and/or different layers of materials depending on the type of filter used

Les interactions lumière-matière à l'échelle sub-longueur d'onde, mettant notamment en jeu l'excitation de plasmons de surface dans les nanostructures métalliques, offrent de nouvelles perspectives pour la conception de systèmes optiques infrarouges. Elles permettent des fonctions optiques innovantes, miniaturisées et intégrables au voisinage d'une puce de détection. Dans le cadre de cette thèse, nous avons exploré deux concepts pour l'infrarouge. Nous avons proposé de réaliser une transmittance optique modulée spatialement en amplitude et en phase, en utilisant une mosaïque de réseaux métalliques sub-longueurs d'onde de différentes géométries (largeur de fente, période). Les calculs et les mesures de la transmission optique de réseaux individuels, en amplitude et en phase, montrent que le mécanisme non résonant permet une utilisation sur une large bande spectrale. Nous donnons l'exemple de la reconstitution d'une sinusoïde 2D pouvant servir d'objet diffractif dans une application d'analyse de surface d'onde. Le deuxième concept est basé sur l'exaltation des résonances dans des réseaux métalliques suspendus pour réaliser des filtres spectraux dans les bandes II et III de l'infrarouge. Le développement d'un procédé de fabrication original a permis d'obtenir des membranes percées de grandes dimensions. Une transmission optique quasi-totale a été mise en évidence, conformément aux prédictions théoriques. Les résultats obtenus à l'aide d'une micro-caméra multi-voies intégrant une matrice de 11 filtres opérant sur la bande II (2,5 μm - 5 μm) confirment le potentiel des réseaux sub-longueurs d'onde pour des applications de spectro-imagerie.

Les nanotechnologies ont atteint une maturité qui permet de concevoir, avec un haut niveau de fiabilité, des composants fonctionnalisés pour des systèmes optiques complexes. Cette thèse traite, dans ce cadre, du filtrage spectral. J'ai ainsi proposé un nouveau concept de filtre composé d'un guide d'onde en diélectrique et d'un réseau métallique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, j'ai conçu, fabriqué et caractérisé des structures (unidimensionnelles 1D ou bidimensionnelles 2D) basées sur ce concept. J'ai mené l'analyse détaillée du mécanisme de résonance, et j'ai étudié les propriétés de ces structures en termes d'accordabilité spectrale, de polarisation, d'efficacité de réjection, et de tolérance angulaire. J'ai par la suite proposé des variantes de ces structures pour en améliorer l'efficacité de réjection et la tolérance angulaire. Dans un deuxième temps, j'ai entrepris d'utiliser les différentes variantes de ce type de composant pour des applications de filtrage angulaire ou d'imagerie multispectrale. Concernant cette dernière, une matrice de 24 filtres a été optimisée et intégrée dans une caméra multispectrale infrarouge cryogénique pour des applications d'estimation de la concentration de CO2 ou de télémétrie. Les difficultés liées aux conditions réelles d'utilisation de la caméra sont mises en évidence et des solutions sont proposées pour améliorer nos résultats, déjà très encourageants
Nanotechnologies have reached a maturity level that allows designing, with high confidence level, functionalized components for complex optical systems. In this context, this work addresses the issue of spectral filtering. I proposed a new design of filter based on the combination of a dielectric waveguide and on a subwavelength metallic grating. In a first time, I fabricated and characterized structures based on this design (with one dimensional 1D or two dimensional 2D geometries). I analyzed in detail the resonance mechanism and I studied the properties of these structures in terms of spectral tunability, polarization behavior, rejection efficiency and angular tolerance. Then, I proposed derivatives of these components with improved rejection efficiency and angular tolerance. Secondarly, I used various derivatives of these components to address angular filtering or multispectral imaging applications. For the latter, a 24-filter matrix has been optimized and integrated inside an infrared multispectral camera for CO2 sensing. Difficulties related to its real use conditions are highlighted and solutions are proposed to improve our results, already promising

Les nanotechnologies ont atteint une maturité qui permet de concevoir, avec un haut niveau de fiabilité, des composants fonctionnalisés pour des systèmes optiques complexes. Cette thèse traite, dans ce cadre, du filtrage spectral. J'ai ainsi proposé un nouveau concept de filtre composé d'un guide d'onde en diélectrique et d'un réseau métallique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, j'ai conçu, fabriqué et caractérisé des structures (unidimensionnelles 1D ou bidimensionnelles 2D) basées sur ce concept. J'ai mené l'analyse détaillée du mécanisme de résonance, et j'ai étudié les propriétés de ces structures en termes d'accordabilité spectrale, de polarisation, d'efficacité de réjection, et de tolérance angulaire. J'ai par la suite proposé des variantes de ces structures pour en améliorer l'efficacité de réjection et la tolérance angulaire. Dans un deuxième temps, j'ai entrepris d'utiliser les différentes variantes de ce type de composant pour des applications de filtrage angulaire ou d'imagerie multispectrale. Concernant cette dernière, une matrice de 24 filtres a été optimisée et intégrée dans une caméra multispectrale infrarouge cryogénique pour des applications d'estimation de la concentration de CO2 ou de télémétrie. Les difficultés liées aux conditions réelles d'utilisation de la caméra sont mises en évidence et des solutions sont proposées pour améliorer nos résultats, déjà très encourageants.

Dans le cadre de ses études sur la détonique, le CEA de Gramat s'intéresse à la dispersion de liquides dans l'air, avec des contraintes de haute vitesse/énergie, et des aspects multi-échelles. La mesure de la granulométrie du liquide dispersé suscite un vif intérêt et s'avère complexe car aucune solution commerciale n'est utilisable dans ces conditions particulières. Toutefois, dans ces conditions et avec l'impossibilité d'utiliser des sources laser en environnement pyrotechnique, aucune solution commerciale n'est disponible. Pour ce travail de thèse, une nouvelle méthode d'identification de la granulométrie a donc été développée, et se base sur une mesure dite "par extinction", particulièrement simple de déploiement et robuste en environnement sévère. Il s'agit d'une approche multispectrale (mesure avec des caméras ou un spectromètre) faisant appel à une méthode d'inversion régularisée au sens de Tikhonov, s'appuyant sur la mesure de transmissions spectrales, et qui permet de reconstruire la granulométrie de ce dernier a posteriori à l'aide de la loi de Beer-Lambert combinée au modèle de Mie. De par la complexité des phénomènes liée à l'usage d'explosif pour la dispersion, la méthode développée a été testée sur des dispersions de liquide reproduites à petite échelle sur des sprays. La méthode générale a été développée en exploitant les informations spectrales provenant de sprays d'eau contrôlés et confinés dans une enceinte placée dans un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (haute résolution). Cependant, cet appareillage étant peu adapté aux conditions terrain, la méthode de mesure a été dégradée en utilisant des caméras permettant des mesures à "faible résolution" mais plus rapides. Ainsi, l'utilisation d'une caméra infrarouge opérant en bande spectrale 2-5 µm avec des filtres spectraux et d'un corps noir plan a été testée pour suivre l'évolution de granulométrie du spray en fonction du temps. Par la suite, cette méthode a pu être appliquée à des dispersions d'eau par explosif et a fourni des résultats prometteurs. La démarche complète de mesure et d'analyse a donc pu être validée à chaque étape de l'étude
As part of its studies on detonation, the CEA at Gramat is interested in the dispersion of liquids in air, with high speed/energy constraints and multi-scale aspects. Measuring the particle size of the dispersed liquid is attracting a great deal of interest, but is proving complex because no commercial solution can be used under these particular conditions. However, under these conditions and given the impossibility of using laser sources in a pyrotechnic environment, no commercial solution is available. For this thesis, a new granulometry identification method was developed, based on a measurement known as "extinction", which is particularly easy to deploy and robust in harsh environments. This is a multispectral approach (measurement with cameras or a spectrometer) using a regularised inversion method in the sense of Tikhonov, based on the measure of spectral transmissions and which makes it possible to reconstruct the granulometry of the latter a posteriori using the Beer-Lambert law combined with the Mie model. Given the complexity of the phenomena involved in using explosives for dispersion, the method developed was tested on liquid dispersions reproduced on a small scale on sprays. The general method was developed by exploiting spectral information from controlled water sprays confined in an enclosure placed in a Fourier transform infrared spectrometer (high resolution). However, as this equipment is poorly suited to field conditions, the measurement method was downgraded by using cameras that allow "low resolution" but faster measurements. The use of an infrared camera operating in the 2-5 µm spectral band with spectral filters and a flat black body was therefore tested to monitor changes in spray particle size as a function of time. This method was subsequently applied to water dispersions using explosives, with promising results. The complete measurement and analysis process was therefore validated at each stage of the study

Dans le contexte des changements climatiques prévisibles et d'une demande évaporative accrue vis à vis des cultures, ce travail de thèse vise à évaluer la variabilité génétique du pommier pour sa réponse à la contrainte hydrique. Cette évaluation est d'un intérêt certain pour l'amélioration future de l'espèce, qu'il s'agisse de mieux tolérer le stress pouvant résulter d'une sécheresse temporaire du sol, ou d'une efficience accrue d'utilisation de l'eau. Les méthodes de phénotypage actuellement disponibles pour l'étude de la réponse à la contrainte hydrique ne permettent pas un haut débit de mesure compatible avec les comparaisons simultanées entre de nombreux individus. En conséquence, ce travail de thèse s'est focalisé sur l'application de l'imagerie multi-spectrale aéroportée comme outil de phénotypage à haut débit en condition de plein champ et sur l'évaluation de sa pertinence pour l'analyse quantitative des réponses à la contrainte hydrique et la recherche des déterminismes génétiques associés. Les essais ont été réalisés sur une population hybride de pommiers (croisement Starkrimson x Granny Smith) âgée de 4 ans au début de l'étude, implantée dans le sud de la France. A partir d'images acquises dans les longueurs d'onde du visible, du proche infrarouge et de l'infrarouge thermique, à une résolution spatiale proche de 30cm, différents indices de végétation et de stress ont été calculés permettant d'apprécier la vigueur des arbres et leur transpiration. La prise en compte, dans des modèles linéaires mixtes, de six dates d'expérimentation, couvrant deux campagnes d'acquisitions, et de régimes d'irrigation différenciés sur la population a permis de mettre en évidence l'héritabilité des indices phénotypiques et conduit à la détection de nombreux QTLs. 18 QTLs se sont révélés indépendants de la date d'acquisition. Pour quatre de ces QTLs, dits adaptatifs, c'est-à-dire exprimés en conditions de stress, un certain nombre de gènes candidats potentiellement impliqués dans les réponses précoces responsables de la régulation stomatique ont été identifiés
In the context of foreseen climate changes and higher evaporative demand in crops, this PhD work is aiming at assessing the apple tree variability in response to hydric constraints. This could be of great interest for future breeding programs in this species, either in respect to temporary abiotic stress tolerance, or looking at a better water use efficiency. Phenotyping methods presently available for evaluating the plant response to hydric constraints do not allow the high-throughput that could be compatible with simultaneous comparison of a high number of individuals. As a consequence, this thesis focused on the application of airborne multispectral imagery as a tool for high-throughput field phenotyping, and it assessed the relevancy of this method for quantitative analysis of response to drought and further dissection of associated genetic determinisms. Trials were realized on a segregating hybrid apple population (Starkrimson x Granny Smith cross), 4-year old at the beginning of study, installed in the South of France. Images acquired in visible, near infrared and thermal infrared, with a spatial resolution close to 30cm, were the calculation basis of various vegetation and stress indices, allowing estimation of individual tree vigor and transpiration. Linear mixed models taking account of six flight dates, covering two acquisition campaigns and including two contrasted irrigation regimes over the apple population, made it possible to highlight the heritability of phenotypic indices and to perform numerous QTLs mapping. Eighteen QTLs were revealed independently from the acquisition date. Out of this QTLs set, a further analysis on 4 of them, which were adaptative i.e. expressed in stress conditions, allowed first identification of putative candidate genes potentially involved in the early stomatal closure

Les dispositifs de protection de sites sensibles doivent permettre de détecter des menaces potentielles suffisamment à l’avance pour pouvoir mettre en place une stratégie de défense. Dans cette optique, les méthodes de détection et de reconnaissance d’aéronefs se basant sur des images infrarouge multispectrales doivent être adaptées à des images faiblement résolues et être robustes à la variabilité spectrale et spatiale des cibles. Nous mettons au point dans cette thèse, des méthodes statistiques de détection et de reconnaissance d’aéronefs satisfaisant ces contraintes. Tout d’abord, nous spécifions une méthode de détection d’anomalies pour des images multispectrales, combinant un calcul de vraisemblance spectrale avec une étude sur les ensembles de niveaux de la transformée de Mahalanobis de l’image. Cette méthode ne nécessite aucune information a priori sur les aéronefs et nous permet d’identifier les images contenant des cibles. Ces images sont ensuite considérées comme des réalisations d’un modèle statistique d’observations fluctuant spectralement et spatialement autour de formes caractéristiques inconnues. L’estimation des paramètres de ce modèle est réalisée par une nouvelle méthodologie d’apprentissage séquentiel non supervisé pour des modèles à données manquantes que nous avons développée. La mise au point de ce modèle nous permet in fine de proposer une méthode de reconnaissance de cibles basée sur l’estimateur du maximum de vraisemblance a posteriori. Les résultats encourageants, tant en détection qu’en classification, justifient l’intérêt du développement de dispositifs permettant l’acquisition d’images multispectrales. Ces méthodes nous ont également permis d’identifier les regroupements de bandes spectrales optimales pour la détection et la reconnaissance d’aéronefs faiblement résolus en infrarouge
Surveillance systems should be able to detect potential threats far ahead in order to put forward a defence strategy. In this context, detection and recognition methods making use of multispectral infrared images should cope with low resolution signals and handle both spectral and spatial variability of the targets. We introduce in this PhD thesis a novel statistical methodology to perform aircraft detection and classification which take into account these constraints. We first propose an anomaly detection method designed for multispectral images, which combines a spectral likelihood measure and a level set study of the image Mahalanobis transform. This technique allows to identify images which feature an anomaly without any prior knowledge on the target. In a second time, these images are used as realizations of a statistical model in which the observations are described as random spectral and spatial deformation of prototype shapes. The model inference, and in particular the prototype shape estimation, is achieved through a novel unsupervised sequential learning algorithm designed for missing data models. This model allows to propose a classification algorithm based on maximum a posteriori probability Promising results in detection as well as in classification, justify the growing interest surrounding the development of multispectral imaging devices. These methods have also allowed us to identify the optimal infrared spectral band regroupments regarding the low resolution aircraft IRS detection and classification