1 MF Audier – Avril 2009 Contenu du cours ESE22 : Formation, capture et restitution des images...
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1 MF Audier – Avril 2009 Contenu du cours ESE22 : Formation, capture et restitution des images mardi 07 avril 2009 (8h30 - 12h15) Caractérisation des images
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1 MF Audier Avril 2009 Contenu du cours ESE22 : Formation, capture et restitution des images mardi 07 avril 2009 (8h30 - 12h15) Caractrisation des images dans le visible Contraste en fonction de la bande spectrale et des conditions atmosphriques : annulation, inversion de contraste. Paramtres de performance MRC: Optique, Dtecteur, Stabilisation, Visualisation, Observateur... Introduction au bilan de porte mardi 21 avril 2009 (8h30 - 12h15) Acquisition et restitution dans le visible systme de tlvision Photographie numrique caractristiques et dfauts des diffrents capteurs : tubes de prises de vue, camras CCD, camras CMOS, intensificateurs, EBCCD/CMOS En annexe: Bases de la caractrisation dun dtecteur
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2 MF Audier Avril 2009 Systmes dimagerie ESE22 : Formation, capture et restitution des images
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3 MF Audier Avril 2009 Objectifs imagerie passive Dtection, Reconnaissance, Identification visuelle observation en temps rel via une visualisation Applicable toutes bandes spectrales (visible, PIR, IR2, IR3) Estimer les performances oprationnelles (portes) dun quipement dimagerie Dimensionner un quipement dimagerie ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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4 MF Audier Avril 2009 Chaine Image ESE22 :Formation, capture et restitution des images Optique Collectrice de flux Dtecteur Absorbe les photons et gnre des lectrons puis les convertit en tension Units de traitement et de mise en forme de limage Systme de visualisation
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5 MF Audier Avril 2009 Contenu 1.Modlisation dune scne rflexion des sources naturelles de rayonnement lien entre rflexion et rayonnement solaire propagation atmosphrique bilan photomtrique 1.Modlisation dun capteur 1. sensibilit et rsolution 2. stabilisation 3. optique 4. dtecteur 5. visualisation 6. observateur 7. notion de frquence spatiale 8. notion de FTM ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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6 MF Audier Avril 2009 Contenu 1.Dimensionnement dun capteur 1. repliement de spectre 2. allocation sensibilit rsolution 3. dimensionnement de loptique et du dtecteur 2.valuation des performances ( bilan de porte ) 1. bilan photomtrique de la scne 2. figures de mrite dun quipement 3. bilan de porte ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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7 MF Audier Avril 2009 1. Modlisation dune scne luminance rflchiex transmission + luminance de latmosphre capteur atmosphre objet + luminance thermiquex transmission albdo missivit temprature clairement du soleil ou lune clairement du ciel et nuages sources naturelles termes rflectifstermes thermiquestermes atmosphriques Dou vient la luminance dun objet ? Quelle est lnergie perue par le capteur ? ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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8 MF Audier Avril 2009 1.2 Rflexion des sources naturelles de rayonnement Modle lambertienModle spculaireModle gnrique surface polie surface quelconque surface diffusante albdo coef. de Fresnel BRDF X L i ( ) E i ( ) L R ( ) ESE22 :Formation, capture et restitution des images E: Eclairement (W/m ou Lux) L i, L R : Luminances incidente et rflchie (W/(sr. m) ou Cd/m) BRDF: Bidirectionnal reflectance distribution function
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9 MF Audier Avril 2009 Albedo (coefficient de rflexion) et longueur donde Albedo varie avec: matriau, tat surface, orientation, . ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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10 MF Audier Avril 2009 ESE22 :Formation, capture et restitution des images Albedo (coefficient de rflexion) et longueur donde Changements rapides des Valeurs dalbdos de nombreux corps entre 700 et 750 nm pouvant entraner des inversions de contrastes
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11 MF Audier Avril 2009 Image visible (450nm < < 700nm Albedo (coefficient de rflexion) et longueur donde ESE22 :Formation, capture et restitution des images Image proche-infrarouge (PIR: > 700nm )
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12 MF Audier Avril 2009 Visible couleurVisible SWIR:1-1.7 m Albedo (coefficient de rflexion) et longueur donde
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13 MF Audier Avril 2009 1.4 Propagation atmosphrique atmosphre attnuation du rayonnement de la scne (T atm ) superposition la scne dun flux parasite (L atm ) absorption diffusion rayonnement thermique capteur rayonnement scne (cible/fond) pertes par diffusion gains par diffusion pertes par absorption gains par rayonnement scne atmosphre T ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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14 MF Audier Avril 2009 1.4 Propagation atmosphrique Atmosphre Sources de bruit lectrique Dtecteur lectronique Pupille dentre optique de focalisation lments attnuant ou dformant le signal Fond Source Soleil Lumire solaire diffuse Rflexion solaire mission propre de latmosphre Rayonnement diffus Rayonnement absorb Rayonnement atteignant le systme Rayonnement non collect par le systme ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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15 MF Audier Avril 2009 1.4 Propagation atmosphrique La lumire est diffuse et absorbe par les molcules de lair. ESE22 :Formation, capture et restitution des images Auxquelles sajoutent, dans les basses couches de latmosphre: fumes pollution poussires gouttelettes deau brouillard
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16 MF Audier Avril 2009 1.4 Propagation atmosphrique Labsorption dpent de: humidit, temprature, concentration en aerosols Influence de lhumidit wavelength (m) ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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17 MF Audier Avril 2009 1.4 Propagation atmosphrique Influence de la temperature ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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18 MF Audier Avril 2009 1.4 Propagation atmosphrique Influence de la visibilit (arosols) ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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19 MF Audier Avril 2009 1.5 Bilan photomtrique Calcul de lnergie (luminance) arrivant en entre pupille du capteur : Reflexion solaire Propagation atmospherique (fonction de la distance) ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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20 MF Audier Avril 2009 2. Modlisation dun capteur Notion de sensibilit et rsolution Optique Dtecteur Stabilisation Visualisation Observateur Notion de frquence spatiale Notion de FTM FTM des sous-ensembles de la chane image ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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21 MF Audier Avril 2009 Sensibilit et rsolution Avec lloignement, les deux points ci-dessus apparatront confondus partir d une certaine distance, mme en augmentant le contraste des points par rapport au fond. La limite est fixe par la rsolution de lil, sa capacit sparer les objets. Avec lloignement, le point ci-dessus ne sera plus visible partir d une certaine distance. En augmentant son contraste par rapport au fond, il rapparatra. La limite est fixe par la sensibilit de lil, sa capacit distinguer un contraste entre un objet et le fond. ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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22 MF Audier Avril 2009 Sensibilit et rsolution ESE22 :Formation, capture et restitution des images Rsolution typique de loeil Pouvoir de rsolution : env.1min darc Champ de visibilit bonne rsolution < 2 (120min darc) Vue de 10/10 me R 1 darc Vue de 14/10 me R 0.7 darc
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23 MF Audier Avril 2009 Facteurs de Sensibilit et rsolution performance / qualit image rsolution sensibilit chantillonnage rponse impulsionnelle optique ouverture transmission temprature bande spectrale dtecteur pas (pitch) optique focale dtecteur rponse bruits surface pixel temps d intgration numrisation optique pupille aberrations bande spectrale stabilisation dtecteur dimension zone sensible ifov ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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24 MF Audier Avril 2009 Sensibilit et rsolution capteur bien dimensionn problme d chantillonnage problme de rponse impulsionnelle problme de sensibilit ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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25 MF Audier Avril 2009 Optique Le systme optique focalise le flux de la scne sur le dtecteur (sur le plan focal). Il contribue la rsolution et la sensibilit dun imageur. optique sensibilit rsolution collection et focalisation du flux de scne introduction dun flux indsirable ouverture transmission imparfaite rponse impulsionnelle longueur donde diamtre pupille aberrations ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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26 MF Audier Avril 2009 Optique Contribution la sensibilit luminance de la scne (L) focale luminance transmise (LxT opt ) pupille dentre plan focal (emplacement du dtecteur) clairement sur le dtecteur E = L x T opt x Principales caractristiques : Diamtre de la pupille (D pup ) Transmission du systme optique (T opt ) Focale (f ') Ouverture (N = f ' / D pup ) Aberrations optiques Collection et focalisation du flux de scne : ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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27 MF Audier Avril 2009 Optique Contribution la sensibilit Ouverture du systme optique et sensibilit N = 1 (f/1) (f = D pup ) optique ouverte N = 4 (f/4) (f = 4D pup ) optique ferme lclairement est 16 fois plus faible ouverture angle solide ESE22 :Formation, capture et restitution des images
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28 MF Audier Avril 2009 Optique Contribution la sensibilit Eclairement dtecteur maximiser N pet
