Deux formes courantes de r´eseaux sont les r´eseaux fabriqu´es sur des substrats plats ou concaves sph´eriques. Pendant longtemps, les deux formes ont ´et´e les plus fabriqu´ees et uti-
lis´ees pour la fabrication des spectrom`etres. Les r´eseaux fabriqu´es sur des substrats sph´eriques convexes sont venus par apr`es grˆace aux nouvelles techniques de fabrication [40]. L’optique dite anamorphique implique des conceptions optiques combinant des surfaces sph´eriques et asym´etriques et toro¨ıdales. Les optiques `a forme libre impliquent des conceptions optiques avec au moins une surface optique de forme libre. Une surface de forme libre est une surface sans aucune sym´etrie de rotation ou de translation. Ces surfaces ont ´et´e sollicit´ees pour la fabrica- tion des r´eseaux convexes avec les nouvelles techniques de fabrication parce qu’elles offrent aux conceptions optiques des spectrom`etres compacts et bien corrig´es avec plus de degr´es de libert´e [41], [42]. Les r´eseaux de diffraction convexes sont utilis´es dans le spectrom`etre de type Offner. Cette configuration offre plusieurs avantages `a un imageur hyperspectral : il a une structure tr`es compacte, avec les cons´equences imm´ediates d’une diminution de la masse et de volume, il dispose d’un large champ de vue et des performances constantes, il a plusieurs degr´es de libert´e, ce qui am´eliore la qualit´e d’image et il a moins d’´el´ements optiques (ils sont constitu´es d’une fente, de deux miroirs concaves et d’un r´eseau de diffraction convexe plac´e entre eux) avec des designs innovants [43], [5] (Figure 4.10).
Figure 4.10 Géométrie du spectromètre à réseau convexe
[46]. Plus r´ecemment, Reimers et ses collaborateurs ont d´emontr´e un spectrom`etre d’imagerie dans la g´eom´etrie Offner o`u les surfaces optiques permettaient une r´eduction substantielle de 5 fois le volume par rapport aux conceptions sph´eriques et asph´eriques. Les r´eseaux convexes peuvent ´egalement ˆetre utilis´es en tant que moules dans le processus de r´eplication de r´eseaux concaves pour la production en s´erie. Ainsi, alors que les r´eseaux convexes ne sont pas aussi r´epandus que les composants optiques, ils sont des ´el´ements cl´es dans certaines g´eom´etries d’instruments ou processus de fabrication. Dans la fabrication, les proc´ed´es de fabrication exis- tants pour les r´eseaux comprennent la fabrication holographique, la lithographie par faisceau d’´electrons, ainsi que les machines-outils `a diamant ultra-pr´ecis. Cette derni`ere m´ethode a en outre ´et´e adapt´ee pour g´en´erer diff´erentes g´eom´etries de r´eseau comprenant des r´eseaux convexes sur des surfaces de forme libre actuellement en expansion dans la fabrication des imageurs hyperspectraux.
Chapitre 5
Applications de l'imagerie
hyperspectrale à réseau de diraction
5.1 Introduction
Les applications de l’imagerie hyperspectrale sont regroup´ees dans le concept de t´el´ed´etection. On entend par t´el´ed´etection l’ensemble des connaissances et techniques utilis´ees pour d´eterminer des caract´eristiques physiques, chimiques et biologiques d’objets par des mesures effectu´ees `a distance, sans contact mat´eriel avec ceux-ci. Qu’elle soit spatiale ou a´eroport´ee, multi ou hyper spectrale, qu’elle fasse appel `a des capteurs passifs ou actifs, `a des classifications automatiques ou dirig´ees, la t´el´ed´etection recouvre `a l’heure actuelle un grand nombre de types de vecteurs, de donn´ees et de techniques d’analyse et d’interpr´etation qui permettent de caract´eriser `a distance la surface des plan`etes en g´en´eral et de la terre en particulier [47], [48], [49], [50], [51]. L’ima- gerie hyperspectrale devient donc une technologie spatiale de t´el´ed´etection avec une orientation d’imagerie des surfaces complexes telles que la v´eg´etation, les ´ecosyst`emes cˆotiers et lacustres, les milieux urbains et l’atmosph`ere. Elle intervient aussi en G´eosciences et Sciences de la terre solide, dans l’arm´ee et dans l’industrie/technologie en d´ecrivant le fort potentiel d’innovation et de maˆıtrise technologique du domaine. La t´el´ed´etection hyperspectrale fournit typiquement des images de r´esolution moyenne, d’une finesse spectrale de quelques pourcents dans la gamme (0,4-2,5µm) mais aussi ´eventuellement dans les gammes infrarouges (3-5µm) et (8-12µm). La richesse des donn´ees est tr`es grande, ce qui justifie l’int´erˆet qu’elle suscite `a une large palette de th´ematiques confront´ees `a la complexit´e des surfaces. L’imagerie hyperspectrale spatiale offre une r´eponse `a la tendance forte vers l’´etude de situations civiles et de d´efense complexes en observation de la Terre. Plusieurs agences spatiales d´eveloppent des programmes hyperspec- traux pour l’information nouvelle qu’apportent ces donn´ees par rapport aux techniques radars, optiques, multispectrales ou autres. Parmi bien d’autres initiatives, on souligne le programme italien PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa(PRISMA) [52], les missions
am´ericaines Hyperion [53] et Hyperspectral Infra-Red Imager (HyspIRI) [44], le programme
Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis (SPECTRA) [54]
de l’ESA etc. L’effort de la d´efense en hyperspectral est important aussi comme le programme
pacit´e multi- composantes aux d´efenses des 6 pays H´elios (France, Allemagne, Italie, Espagne, Belgique, Gr`ece).
Il existe de nombreuses communaut´es d’utilisateurs et des march´es potentiels, ce qu’indiquent d’embl´ee plusieurs th´ematiciens, dont ceux des th`emes V´eg´etation , Ecosyst`emes Cˆotiers
et Lacustres et G´eosciences-Sciences de la Terre Solide . L’hyperspectral fournit le spectre
r´eflectif de la sc`ene et par l`a un tr`es grand ensemble de possibilit´es d’identifications. Certaines d’entre elles sont d´ej`a exploit´ees op´erationnellement, pour leurs possibilit´es d’identifications absolue ou relative, voire souvent sub-pixelique, dans le cadre d’´etudes en science de la Terre ou de d´efense. Plutˆot que d’ˆetre r´eduite, la complexit´e de l’hyperspectral a ´et´e domestiqu´ee par les logiciels de manipulation des donn´ees, la plupart des applications n’exploitant d’ailleurs qu’une fraction du spectre.