Comparaison avec des mesures en brouillard artificiel

L’idée de comparer directement les résultats simulés précédents avec les mesures qui avaient été réalisées sur les cibles en brouillard artificiel a été abandonnée, car ces mesures avaient été jugées inexploitables (en raison de problèmes d’hétérogénéité du brouillard et de précision du positionnement des cibles par rapport au projecteur) et n’avaient déjà pas permis de mener à bien la comparaison prévue avec le code MusCat.

D’autres mesures ont été réalisées ultérieurement en brouillard artificiel, à l’aide d’une ca-méra numérique étalonnée en luminance [BH96]. L’objectif était de mesurer le halo de diffusion matérialisé par le brouillard autour d’un feu lumineux. La procédure, illustrée par le schéma de la figure 4.8, consistait à positionner la source à différentes distances de la caméra, en interpo-sant une plaque sombre à 1 m de la surface lumineuse afin de réduire la dynamique de luminance en supprimant le rayonnement direct.

(0,5 ou 1 m) Feu Cache Caméra (5, 10 ou 14 m) R D 9° 7°

(a) Description géométrique. (b) Exemple de carte d’isolu-minance mesurée.

FIG. 4.8 – Principe de l’expérimentation réalisée dans les salles de brouillard du LRPC de

Clermont-Ferrand afin de mesurer le profil de luminance du halo diffusé d’une source à l’aide d’une caméra numérique étalonnée.

4.4. Conclusion

Cette expérimentation a ensuite été modélisée et simulée à l’aide du code de tracé de photons semi-Monte-Carlo. La correspondance entre les résultats simulés et mesurés est relativement ac-ceptable (voir l’exemple en figure 4.9(a)), étant donné l’impossibilité de reproduire exactement les conditions expérimentales, notamment en raison des hétérogénéités spatiales du brouillard artificiel constatées lors des mesures (visibles dans l’exemple présenté en figure 4.9(b)).

Luminance (cd.m-2) 0 20 40 60 80 100 0° 2° 4° -2° -4° Excentricité angulaire d = 5m V_m= 15m d = 10m V_m= 10m simulations mesures

(a) Exemples de profils de luminance dans un halo diffusé.

(b) Mise en évidence de l’hétérogénéité du brouillard artificiel.

FIG. 4.9 – La comparaison entre les profils de luminance d’un halo diffusé obtenus par mesure

et par simulation est rendue difficile par l’impossibilité de modéliser précisément les conditions expérimentales, notamment l’hétérogénéité du brouillard.

4.4 Conclusion

Dans ce chapitre, une mise en œuvre de la technique de tracé de photons est présentée. Le

code de simulation qui en résulte, baptisé PROF⁵, permet de recueillir des données

photomé-triques précises au sein d’un milieu diffusant tel que le brouillard, en simulant des mesures de luminance.

L’algorithme mis au point, basé sur le principe de Monte-Carlo, permet de prendre en compte les lois physiques qui gouvernent la propagation de la lumière, de façon souple et intui-tive. Il permet notamment de prendre en compte les propriétés photométriques des sources, des matériaux et du milieu avec un minimum d’approximations. Il est néanmoins nécessaire de lan-cer un grand nombre de photons pour atteindre des résultats significatifs et réduire le niveau du bruit. L’usage de la technique d’estimation de l’évènement suivant permet toutefois de synthé-tiser des images, contrairement à ce qu’il est possible de réaliser avec une technique purement Monte-Carlo.

Le code de simulation ainsi développé va permettre de simuler l’impact du phénomène de diffusion sur l’image d’un objet distant, et d’étudier notamment l’influence de la microstructure du brouillard sur les perturbations du signal visuel.

Chapitre 5

Caractérisation du brouillard par un

opérateur fréquentiel de contraste

Les facteurs qui déterminent la visibilité d’un objet dans l’atmosphère sont nombreux : outre les propriétés photométriques et géométriques de l’objet (luminance, couleur, taille et forme), il est nécessaire de prendre en compte la nature du fond sur lequel il se détache (luminance, cou-leur, complexité), ainsi que les caractéristiques diffusantes des particules en suspension dans l’air. Ces dernières sont susceptibles d’influer de manière significative sur les images trans-mises à travers l’atmosphère, atténuant et perturbant la distribution de luminance perçue par un observateur ou mesurée par un système optique.

Le problème de l’imagerie à travers un milieu diffusant se pose concrètement dans de mul-tiples domaines d’application : militaire, météorologique, sous-marine, etc. Il a donc fait l’objet de nombreuses études, généralement dans le but de corriger les perturbations subies par le si-gnal transmis. Ce champ de recherche s’est orienté dès la fin des années 30 vers l’application aux systèmes optiques de la théorie des systèmes linéaires, qui avait été utilisée auparavant avec succès dans les domaines de l’électronique et des communications. Le milieu diffusant (fumées, nuages, eau de mer, etc.) a alors été considéré comme une composante supplémentaire des sys-tèmes optiques étudiés, un filtre dont la réponse intrinsèque est caractérisée par la fonction de transfert.

Cette approche est particulièrement adaptée au problème de la vision dans le brouillard, puisque le système visuel fonctionne à la manière d’un analyseur fréquentiel. L’œil lui-même est d’ailleurs souvent considéré comme un filtre linéaire passe-bande, la fonction de sensibilité au contraste étant assimilée à une fonction de transfert de modulation. C’est donc tout naturelle-ment que l’analyse de Fourier a été appliquée, vers la fin des années 60, pour étudier la fonction de transfert optique du brouillard, en vue de décrire le filtrage fréquentiel subi par les images transmises à travers ce milieu diffusant.

Après quelques rappels sur les systèmes optiques linéaires invariants et sur l’analyse de Fourier, ce chapitre présente l’approche qui a conduit au choix de la fonction de transfert de modulation pour caractériser les perturbations subies par l’image d’un signal lumineux lorsqu’il est transmis à travers le brouillard. Les propriétés de cette fonction caractéristique sont ensuite passées en revue, et interprétées sur le plan de la perception visuelle.

5.1 Définitions et propriétés des filtres linéaires

La théorie des systèmes linéaires invariants est un outil fondamental pour la formulation des problèmes de traitement du signal, car elle permet de prévoir la réponse d’un système au signal qui lui est appliqué en entrée. Longtemps réservée au domaine du signal à une dimension (quantité électrique évoluant au cours du temps), son usage s’est développé depuis une trentaine d’années pour le traitement d’images. Les notions rappelées ci-après sont extraites de l’ouvrage de Bracewell sur l’imagerie [Bra95], ainsi que du guide de Smith sur le traitement des signaux numériques [Smi97].