Développement d’une méthode de retrait du smearing


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Figure 4.4– Schéma optique du banc ProMeO.

4.3.2 Transmission des optiques

On a réalisé des mesures de transmission des différentes optiques du banc au laser Hélium-Néon, à la longueur d’onde de 0,543 µm, à l’exception du miroir de renvoi, dont nous ne disposions pas à ce moment là.

Optique f₈₀₀ f₅₆ microlentilles f₁₂₀ f₁₅₀

Transmission 98 % 98 % 88 % 98 % 98 %

Table 4.3: Transmission des optiques du banc ProMeO.

Les résultats sont présentés dans le tableau4.3. Une fois effectué le produit de ces mesures individuelles, on trouve une transmission pour le banc ProMeO de 81 %. Ces mesures montrent que l’élément limitant la transmission du banc est la matrice de microlentilles. Une amélioration envisageable serait donc de posséder une matrice dont la transmission serait accrue.

Dans la suite, on utilise seulement la partie du banc à partir du collimateur de focale 56 mm. On place une source lumineuse émettant autour de 0,55 µm, dans le plan focal objet du colli-mateur, afin de former des images SH.

4.4 Développement d’une méthode de retrait du smearing

Dans cette section, on développe une méthode de retrait de la traînée présente dans les images SH. Ce phénomène de smearing, dû à une limitation du capteur, pollue de manière considérable les images acquises et empêche de réaliser des mesures précises de pentes et de scintillation. Le phénomène en question est présenté dans le paragraphe 4.4.1 et on le modélise pour pouvoir le retirer dans le paragraphe 4.4.2. Une méthode alternative de soustraction de la traînée est proposée dans le paragraphe 4.4.3.

4.4.1 Limitation du capteur

Le détecteur utilisé pour l’expérience ProMeO est une caméra faible bruit de type EMCCD. Etant donnés les dimensions de la zone d’intérêt du capteur, 660 × 660 pixels (22 pixels pour

chacune des 30 × 30 sous-pupilles), et les temps d’exposition requis, de l’ordre de quelques millisecondes, elle ne peut être utilisée qu’en mode dit “full frame”, si bien que la surface du détecteur n’est jamais masquée. Les temps d’exposition sont comparables au temps de lecture du capteur, de format 1004 × 1002 pixels. Dans ce mode de fonctionnement, on observe un phénomène de smearing, autrement dit de traînée, le long des colonnes du détecteur. Cet effet est illustré sur la figure4.5.

Figure 4.5– Illustration du phénomène de traînée, pour un temps d’exposition de 1 ms et pour

v_lec= 1,9 µs/pixel. Un signal supplémentaire se rajoute sur les colonnes du détecteur où le signal est présent.

4.4.2 Modélisation du phénomène

L’effet de smearing est dû au fait que le capteur n’est pas masqué pendant le temps de lecture. On a donc dans l’image brute un signal qui correspond à la somme des deux signaux, obtenus pendant le temps d’exposition t_exp et le temps de lecture t_lec, inversement proportionnel à la vitesse de lecture verticale du capteur. Le signal d’intérêt est celui obtenu pendant texp, il faut donc retirer celui dû à t_lec.

On se propose dans un premier temps de modéliser le phénomène. La traînée est due à un temps de pose supplémentaire tlec. Elle est donc proportionnelle au signal d’intérêt. Ainsi, même avec un temps d’exposition nul, on aura un signal de traînée, dû au temps de lecture du capteur, comme exposé sur la figure 4.6. En revanche, sa forme est différente de celle du signal d’intérêt (ici un sinus cardinal) du fait que le capteur est en train d’être lu. En sommant le signal sur toutes les lignes, le long de chaque colonne de l’image, on obtient la somme des signaux d’intérêt et de traînée dans chaque colonne, Stot. La division par le nombre de lignes de l’image nlignes donne un signal moyen par pixel dans chaque colonne. On multiplie ce signal moyen par un coefficient d’ajustement, qui est le rapport du temps de lecture t_lec divisé par le temps total

t_exp+ t_lec, afin d’obtenir le signal moyen de traînée par pixel dans chaque colonne S_{smearing/pixel}. On a donc, dans une colonne :

S_{smearing/pixel} = ¹

n_lignes × ^tlec

Figure 4.6– Illustration du phénomène de traînée, pour texp= 0 ms et pour vlec= 1,9 µs/pixel. Il subsiste alors uniquement le signal de traînée.

Figure 4.7– Image de traînée synthétique, pour vlec = 1,9 µs/pixel.

On disperse ensuite cette valeur moyenne le long de la colonne en question, et ce pour chaque colonne, afin de créer une image synthétique de traînée, comme présenté sur la figure 4.7. On soustrait enfin cette image à l’image brute (dont on a préalablement soustrait le fond). Le résultat est présenté sur la figure 4.8.

4.4.3 Soustraction de la valeur médiane par colonne

Le signal d’intérêt, qui a la forme d’un sinus cardinal, n’est présent que sur quelques pixels le long d’une colonne, alors que la traînée est présente sur toute la colonne. Il y a donc une majorité de pixels contenant uniquement le signal de traînée. La valeur médiane du signal le long d’une colonne donne ainsi une bonne estimation du signal de traînée, par colonne. On soustrait donc

Figure 4.8 – Image obtenue après soustraction de la traînée synthétique, pour texp = 1 ms et pour v_lec= 1,9 µs/pixel.

cette valeur à chaque pixel de la colonne, dans l’image brute (dont on a préalablement soustrait le fond), et l’opération est faite pour chaque colonne. Le résultat de ce traitement est présenté sur la figure4.9.

Figure 4.9 – Image obtenue après soustraction de la valeur médiane par colonne, pour t_exp = 1 ms et pour v_lec= 1,9 µs/pixel.

On dispose donc de deux méthodes de soustraction du signal de traînée. Dans la pratique, on préférera la soustraction de la valeur médiane par colonne, plus facile à automatiser.