CENTRE NATIONAL D'ETUDES SPATIALES

Groupe d'Etudes des Phénomènes Aérospatiaux Non-identifiés

Toulouse, le 15 mars 1983
N° 00018 CT/GEPAN


 

NOTE TECHNIQUE
N° 18


 

SYSTEME D'ACQUISITION ET D'ANALYSE
DE SPECTRES PHOTOGRAPHIQUES

 

LE POINT SUR L'UTILISATION
DES RESEAUX DE DIFFRACTION

François LOUANGE
MARS 1983            

 

ISSN : 0750-6694

SOMMAIRE

  1. - EXPOSE DU PROBLEME

  2. - PRINCIPE DE LA SOLUTION

  3. - MISE EN PLACE DES MOYENS

  4. - MÉTHODE D'EXTRACTION : ANALYSE DE LA PARTIE OPTIQUE

    • 4.1. - DOMAINE SPECTRAL CONCERNE
    • 4.2. - FTM DE LA CHAINE OPTIQUE
    • 4.3. - DÉVELOPPEMENT DES CLICHES
    • 4.4. - NUMÉRISATION DES CLICHES

     

  5. - MÉTHODE D'EXTRACTION : ANALYSE DE LA PARTIE INFORMATIQUE

    • 5.1. - DÉSIGNATION DE LA SOURCE A ÉTUDIER
    • 5.2. - DÉSIGNATION DU SPECTROGRAMME
    • 5.3. - PROBLEMES LIES A LA SATURATION
    • 5.4. - SUPERPOSITION DE L'IMAGE ET DU SPECTROGRAMME
    • 5.5. - CALIBRATION EN LONGUEURS D'ONDE
    • 5.6. - CALIBRATION EN DENSITÉ

     

  6. - MISE EN OEUVRE DU PROGRAMME D'EXTRACTION

    • 6.1. - ORGANISATION GENERALE
    • 6.2. - ÉTAPES DU TRAITEMENT

     

  7. - PROCÉDURE STANDARD DE TRAITEMENT DES CLICHES

    • 7.1. - CLICHES DE CALIBRATION
    • 7.2. - DEVELOPPEMENT DU FILM
    • 7.3. - NUMÉRISATION
    • 7.4. - EXTRACTION DU SPECTRE
    • 7.5. - TRAITEMENT SPÉCIFIQUE (OPTIONNEL)

     

  8. - CATALOGUE DE SPECTRES DE SOURCES CONNUES

  9. - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

    • 9.1. - LE SYSTEME INFORMATIQUE
    • 9.2. - LE RÉSEAU DE DIFFRACTION
    • 9.3. - ÉTUDES COMPLÉMENTAIRES
    • 9.4. - COMMERCIALISATION

     

 

 

1 - EXPOSE DU PROBLEME -

 

L'étude des PAN ( Phénomènes Aérospatiaux Non-identifiés ) s'appuie essentiellement sur les observations empiriques rapportées par des témoins fortuits. Pour s'affranchir des "distorsions" plus ou moins importantes liées à la psychologie de la perception, à la subjectivité et à la culture des témoins, il faut chercher à recueillir des données parfaitement objectives à l'aide d'instruments de mesure. Depuis longtemps, et en particulier dans le grand public, la photographie est considérée comme un moyen idéal, apportant en outre la meilleure preuve possible de l'existence réelle des phénomènes observés ( l'expérience montre que c'est en fait loin d'être le cas, car un bon spécialiste peut fabriquer des clichés truqués résistant aux analyses ). Dans la réalité, les analyses des photos présumées de PAN mènent souvent, au prix de travaux complexes et coûteux, à des explications définitives impliquant divers effets parasites ( reflets dans l'optique, dégradation de la pellicule... ) ou des supercheries. La plupart des clichés qui résistent à l'analyse montrent des sources lumineuses photographiées de nuit, et ne sont donc porteurs que d'une très faible quantité d'information ( tache blanche sur fond noir ).

Depuis longtemps les chercheurs souhaiteraient disposer d'appareils permettant la décomposition spectrale de la lumière émise ou induite par les phénomènes observés, afin de pouvoir les identifier ou les caractériser. Compte tenu des statistiques disponibles sur les observations rapportées de PAN, il ne serait cependant pas justifié d'implanter sur un site unique, ni même en plusieurs endroits, des spectrographes coûteux qu'il faudrait entretenir en attendant que se manifeste éventuellement un PAN. En revanche, le type de solution adopté par le GEPAN est beaucoup plus souple, puisqu'il repose sur un dispositif simple et bon marché qui peut être adapté à n'importe quel appareil photographique du commerce, et dont on peut espérer obtenir des renseignements exploitables sur la composition de la lumière observée.

 

2 - PRINCIPE DE LA SOLUTION -

La solution adoptée consiste en un réseau de diffraction fonctionnant en transmission dans toute la bande spectrale du visible, monté sur une bague filetée qui permet de le fixer sur l'objectif d'un appareil photo comme n'importe quel filtre.
Le réseau lui-même se présente comme un support transparent dont une face comporte une série de gravures parallèles équidistantes avec un profil en forme de dents de scie :

La lumière incidente est en partie transmise directement par le réseau ( ordre 0 ), tandis que l'énergie restante est diffractée. Cette diffraction a lieu perpendiculairement à la direction des gravures, et la loi de dispersion en fonction de la longueur d'onde est théoriquement linéaire. De part et d'autre de l'ordre 0, on trouve l'image de tout le spectre visible, sur plusieurs ordres successifs + 1, + 2 , ... d'un côté et - 1, - 2... de l'autre. La géométrie de l'ensemble ( densité de traits 1/d et angle de blaze  ) détermine la forme des réponses du réseau aux différentes longueurs d'onde. Des explications plus détaillées sur les calculs liés aux réseaux de diffraction, ainsi que sur les effets secondaires dus aux imperfections de fabrication, seront trouvées dans les ouvrages d'optique classique.

Les réseaux du GEPAN, dont le développement et la mise en oeuvre seront décrits dans les paragraphes suivants, ont les caractéristiques suivantes :

  • Matière : résine de makrolon de 0,3 mm d'épaisseur, pressée à 100 kg/cm2.

  • Format : carré de 23 mm de côté, sur un disque du diamètre d'un filtre d'appareil photographique.

  • Transmission : 85 % dans tout le spectre visible.

  • Densité de traits : 300 traits/mm.

  • Angle de blaze : 17° 27' , avec maximum d'efficacité à 6100 Å.

Le fait de monter un tel réseau devant l'objectif d'un appareil photographique permet d'obtenir des clichés sur lesquels apparaissent en superposition le paysage et les spectrogrammes des sources lumineuses suffisamment intenses. Un traitement adéquat de l'information contenue dans les négatifs permet donc l'extraction sur un même cliché des spectres émis par plusieurs sources lumineuses distinctes présentes dans le champ de l'objectif.

 

3 - MISE EN PLACE DES MOYENS -

Le problème pratique qu'il fallait résoudre consistait à fabriquer en série des réseaux de bonne qualité, adaptables à tout appareil photo du commerce, et d'un prix abordable ( ordre de grandeur : 100 F ). Dès 1976, Monsieur POHER se mettait en rapport avec la Société JOBIN- YVON pour mettre au point une solution, et en 1979, le GEPAN enregistrait une première commande importante pour la Gendarmerie Nationale, le réseau proposé ayant satisfait les conditions requises en qualité optique.

Le fait que ce réseau n'ait pas encore été commercialisé chez les détaillants photographiques résulte d'une simple question de structure industrielle : la Société qui fabrique les réseaux n'est pas intéressée par leur montage sur les multiples formats de bagues et de filetages correspondant aux objectifs du commerce ; ce travail n'est pas dans sa vocation, et il faut une commande d'au moins 500 pièces à la fois pour couvrir les frais de fabrication. C'est pourquoi seule la Gendarmerie Nationale, qui équipe toutes ses brigades avec le même type d'appareil photo, a fait l'acquisition de plusieurs milliers de réseaux JOBIN-YVON.

Aujourd'hui, la plupart des Brigades de Gendarmerie disposent donc d'un réseau adaptable à leur appareil standard et ont des instructions pour l'utiliser au cas où un PAN leur serait signalé.

En ce qui concerne le traitement des clichés, une méthode d'extraction des spectres a été développée sous contrat à partir de 1981 dans un laboratoire de traitement d'images. La Direction de la Gendarmerie Nationale a mis à la disposition de l'auteur de ce rapport un appareil standard neuf muni de son réseau. Il s'agit d'un :

  • MINOLTA HI-MATIC 24 x 36, sans visée Reflex, avec un objectif ROKKOR 38 mm, une ouverture à f 1/2,7 et une pose automatique d'une durée maximale de 4 secondes.

La pellicule standard utilisée avec cet appareil par les gendarmes est :

  • ILFORD FP4, noir et blanc, de rapidité 125 ASA.

Les matériels mis en jeu pour la mise au point et l'application de la méthode d'extraction sont :

  • Une configuration informatique de traitement d'images essentiellement constituée d'un minicalculateur MITRA 15 et d'une console TRIM.

  • Un analyseur/restituteur de films ( OPTRONICS ).

  • Un banc optique de mesures de FTM ( ACOFAM ).

  • Un laboratoire photographique.

La définition et la justification de la méthode d'extraction font l'objet des chapitres suivants. Ses limitations et les perspectives d'amélioration seront présentées à la fin, à titre de conclusion.

 

4 - MÉTHODE D'EXTRACTION : ANALYSE DE LA PARTIE OPTIQUE -

 

4.1. - DOMAINE SPECTRAL CONCERNE -

La méthode s'applique a priori au spectre visible, qui correspond à l'information présente sur les clichés photographiques. L'examen des propriétés optiques des composants de l'ensemble de prise de vues fait apparaître les bornes suivantes :

  • Le support du réseau ( plaque de Makrolon de 3 mm d'épaisseur ) transmet à 85 % dans tout le domaine visible et jusque dans l'infrarouge ( 16 000 Å ), mais absorbe totalement les ultraviolets ( voir l'annexe 1 ).
    Ce composant détermine la limite inférieure du spectre que l'on peut analyser : environ 4000 Å.

  • Le film ILFORD FP4, au contraire, est sensible aux longueurs d'onde inférieures, mais fixe la borne supérieure aux environs de 6300 Å ( voir sa sensibilité spectrale en annexe 2, § 10 ).

Le domaine d'application de la procédure d'analyse spectrale couvre donc les longueurs d'onde comprises entre 4000 Å et 6300 Å, lorsqu'elle est utilisée pour des clichés réalisés avec les moyens standard de la Gendarmerie Nationale.

 

4.2. - FTM DE LA CHAINE OPTIQUE -

Avant de pouvoir extraire des informations quantitatives d'images digitalisées, il est nécessaire de connaître les caractéristiques de la chaîne optique mise en jeu. En particulier, le choix des paramètres de numérisation des clichés ( pas d'échantillonnage, taille de la fenêtre ) doit tenir compte de la résolution du système, ou plus généralement de sa réponse impulsionnelle, liée par transformation de Fourrier à sa FTM ( Fonction de Transfert de Modulation ).
La FTM d'un système optique est une courbe qui traduit la variation du taux d'atténuation des contrastes en fonction de la fréquence spatiale. Ce taux peut être mesuré, pour une source lumineuse donnée, à l'aide de bancs optiques appropriés ; il est fréquemment estimé, notamment en photographie, par examen visuel de l'image obtenue à partir d'une mire de segments parallèles : plus la densité de traits augmente ( en mm-1 ), plus le contraste diminue, jusqu'à la limite de résolution du système où il n'est plus discernable. Comme dans le cas des fonctions de transfert en électronique, la FTM globale d'une chaîne optique est égale au produit des FTM des composants disposés en série.

Pour cette étude, l'évaluation de la FTM a été réalisée en parallèle de deux façons : analytiquement ( composant par composant ) et globalement.

  1. FTM du réseau :

    Le réseau de diffraction étant anisotrope par construction, il est caractérisé par deux courbes de FTM, correspondant respectivement au sens des traits et à sa perpendiculaire.

    Plusieurs séries de mesures ont été effectuées à l'aide d'un banc ACOFAM ( MATRA ). Cet appareil assure l'analyse harmonique de l'image d'une fente étroite en mesurant les variations de flux à travers une mire sinusoïdale comportant plusieurs fréquences spatiales. La fente est placée au foyer d'un collimateur d'excellente qualité, et son image, après modification par la FTM de l'objectif étudié, est agrandie par un objectif de microscope. Le flux est mesuré par un photomultiplicateur à travers les mires constituées par des masques sinusoïdaux de haute précision ( voir l'annexe 3 ). Les mesures étaient effectuées indirectement en montant le réseau sur un objectif de très bonne qualité préalablement étalonné ( objectif KINOPTIK 75 mm, avec une ouverture de 5,6 ).

    Les points de mesure de FTM que peut fournir le banc ACOFAM se situent aux fréquences spatiales suivantes :
    5, 10, 20, 30, 40, 60 et 80 mm-1. La FTM variant avec le spectre de la source lumineuse, une source blanche a été choisie pour sa représentativité du cas général. Les résultats moyennés de trois séries de mesures sont reportés sur les courbes ci-jointes.

    On constate que dans le sens des traits du réseau, la FTM reste bonne ( supérieure à 50 % ) au- delà de 120 mm-1.

  2. FTM de l'objectif :

    Malgré les contacts pris avec les représentants français de la marque MINOLTA, il n'a pas été possible d'obtenir une courbe de FTM pour l'objectif de l'appareil HI-MATIC. Cependant, par comparaison avec des mesures systématiques effectuées dans le passé sur de nombreux objectifs, il est possible d'estimer que la valeur de la FTM est d'environ 70 % pour 60 mm-1 et 60 % pour 80 mm-1. En conséquence, la courbe présentée précédemment pour l'objectif-étalon utilisé avec le réseau doit être à peu près représentative de l'objectif ROKKOR, ainsi que la courbe "objectif + réseau".

    On considère donc que la FTM de l'objectif seul reste supérieure à 50 % jusqu'à 100 mm-1.

  3. FTM du film :

    Les laboratoires ILFORD n'ont été en mesure de communiquer que deux valeurs correspondant à la limite de résolution du film FP4, développé dans des conditions nominales avec le révélateur ID11, en suivant respectivement les normes internes ILFORD et les normes ANSI :

      - Normes internes     : 145 traits/mm
      - Normes ANSI : 160 traits/mm

  4. Synthèse :

    En considérant que les trois courbes de FTM évoquées précédemment se combinent par multiplication, on voit que l'on peut estimer que dans la direction la plus favorable ( parallèle aux traits du réseau ), l'information correspondant aux fréquences spatiales supérieures à 80 mm-1 n'est pas exploitable ( FTM de l'ordre de 25 % ou moins ).

  5. Mesure globale empirique :

    Afin de réaliser une évaluation directe de la chaîne optique complète, une série de photographies de mires du type évoqué précédemment a été réalisée ; le film a été soigneusement développé et les négatifs examinés au microscope.

    Dans le meilleur des cas, parmi des dizaines d'essais, la fréquence spatiale maximale décelable a atteint la valeur de 60 traits/mm, l'information étant noyée dans le bruit au-delà.

    Compte tenu de l'étape de digitalisation du négatif, décrite plus loin, il a été établi empiriquement qu'en fait on pouvait considérer une fréquence limite utile de :
              µ max.= 40 mm-1, correspondant à une résolution :
              R = 25 µm.

 

4.3. - DEVELOPPEMENT DES CLICHES -

La procédure de traitement des clichés doit être aussi standardisée que possible, afin de pouvoir comparer quantitativement entre eux les spectres extraits. Ceci implique, entre autres, que le développement soit fait de la même façon et avec les mêmes produits pour tous les clichés, même si cela se fait au détriment de la qualité de certains négatifs.

En effet, contrairement à la digitalisation et au traitement informatique, cette étape est irréversible et doit donc être traitée de manière à produire un matériel de base (négatifs) aussi homogène que possible. Ceci implique des choix correspondant au plus grand nombre de cas possible. En particulier, il apparaît dans la documentation ILFORD ( voir l'annexe 2 ) que le révélateur réalisant le meilleur compromis entre finesse de grain et rapidité est le ID-11 dilué.

Sachant que dans l'exploitation des clichés on rencontrera aussi bien des problèmes de saturation, avec les sources lumineuses puissantes, que des problèmes de détection liés à des sources ténues, il est recommandé d'adopter le mode de développement suivant :

  • Utilisation du révélateur ID-11 dilué ( 1 + 3 ), à une température constante de 20°C, avec agitation intermittente pendant 15 minutes, dans l'obscurité complète. Le produit ne peut être utilisé qu'une fois.

En ce qui concerne le fixage et le lavage, il est recommandé d'utiliser le fixateur ILFORD HYPAM et le mode de lavage décrit au § 8 de l'annexe 2.

 

4.4. - NUMERISATION DES CLICHES -

L'appareil utilisé est un analyseur/restituteur OPTRONICS C4500. Il permet de réaliser la numérisation sur bande magnétique d'un négatif transparent, avec les réglages suivants :

  • pas d'échantillonnage : 200, 100, 50, 25 ou 12,5 microns.

  • Taille de la fenêtre : 200, 100, 50, 25 ou 12,5 microns.

  • Echelle en niveaux de gris : linéaire ou logarithmique.

En ce qui concerne l'échantillonnage, on voit que l'on peut satisfaire les conditions de Shannon correspondant à la limite de résolution R = 25 µm trouvée plus haut, en utilisant un pas d'échantillonnage et une taille de fenêtre de 12,5 microns. Ce réglage garantit donc l'absence de perte d'information spatiale utile.

En fait, étant donné que les sources lumineuses décelables sur le cliché ne sont pas ponctuelles, on vérifie expérimentalement ( au moins pour toutes les numérisations réalisées jusqu'à présent ) qu'aucune perte d'information ni aucune distorsion n'est décelable si l'on passe à la valeur de 25 µm pour le pas d'échantillonnage et la taille de la fenêtre. Cette constatation prend toute sa valeur quand on considère le prix de revient d'une numérisation à 12,5 µm ( plus d'une heure d'OPTRONICS pour un cliché ).

En ce qui concerne l'échelle, le numériseur mesure en fait la transmittance T du négatif. En échelle linéaire, la dynamique est fixe et correspond à la plage de densités optiques de 0 à 3D. En revanche, en échelle logarithmique, la mesure est directement proportionnelle à la densité optique ( d = log10 1/T ), et la dynamique est réglable à l'aide de deux paramètres :

  • valeur initiale : par pas de 0,1 D à partir de 0.

  • plage : 0,5D, 1D, 2D ou 3D.

La densité optique des négatifs utilisés peut varier entre 0 et environ 2D. A titre d'exemple, les mesures suivantes ont été effectuées au micro-densitomètre :

  • Fond du film : 0,1 D

  • Pleine lune : 1 D ( sans réseau )

On en déduit qu'un réglage standard correspondant au traitement normal doit être, pour utiliser au mieux la dynamique du numériseur :

  • Echelle logarithmique

  • Valeur initiale : OD

  • Plage : 2D.

Cependant il faut noter que, contrairement au développement, cette opération n'est pas irréversible, et que l'étude particulière d'un cliché intéressant en utilisant au mieux les ressources d'OPTRONICS sur le plan de la dynamique d'image reste toujours possible.

 

5 - METHODE D'EXTRACTION :
ANALYSE DE LA PARTIE INFORMATIQUE

 

5.1. - DESIGNATION DE LA SOURCE A ETUDIER -

Une fois numérisé, un cliché se présente sous la forme d'un fichier séquentiel sur une bande magnétique ( 9 pistes, 1600 bpi ). Le premier besoin consiste donc en une visualisation de l'image sur un écran, afin de pouvoir désigner interactivement la source lumineuse dont on veut extraire le spectre.

Un cliché de 24 x 36 numérisé avec un pas d'échantillonnage de 25 microns comporte 960 x 1440 pixels ( points élémentaires ). Etant donné qu'un écran standard permet de visualiser 512 x 512 pixels, il est nécessaire de disposer d'un logiciel permettant de réaliser un zoom sur le fichier ( sous-échantillonnage par prélèvement de 1 point sur N ), et de visualiser à pleine résolution n'importe quelle partie de taille 512 x 512 pixels dans le fichier. Ce besoin est encore plus évident si on échantillonne le cliché à 12,5 microns.

Une fois que la zone d'intérêt du cliché est visualisée, il peut être nécessaire ( cas de sources lumineuses faibles ) de "manipuler" l'image pour mettre en évidence une source ou un spectrogramme. Les outils classiques dans ce domaine satisfont ce besoin : changement de FTL ( fonction de transfert de luminance ), pseudo-couleur, seuillage interactif.

Pour désigner au système la source lumineuse que l'on se propose d'étudier, il faut disposer d'un outil du type "manche à balai" qui permet d'introduire dans un programme les coordonnées dans l'écran du point choisi. Un zoom local permet de désigner le centre de cette source avec une bonne précision.

 

5.2. - DESIGNATION DU SPECTROGRAMME -

Si la source lumineuse étudiée se trouve au voisinage de l'axe optique de l'appareil photo, et donc du réseau de diffraction, le spectrogramme se trouve le long d'un axe dé diffraction parfaitement rectiligne que l'on pourrait situer par rapport à la source à l'aide d'un seul point. Cependant, les tests ont prouvé que si la source s'approchait des limites du champ angulaire de l'objectif, l'approximation par une droite ne suffisait plus : la succession des ordres de diffraction semble constituer une ligne polygonale qu'il faut approcher plus finement.

Après divers essais et calculs, il s'est avéré que la façon la plus efficace de désigner le spectrogramme était une ligne polygonale dont l'opérateur désigne les sommets sur l'écran. Pour réaliser cette opération, il faut pouvoir "tracer" dans un plan graphique associé à l'image des segments de droite, et s'assurer de leur bon positionnement à l'aide d'un zoom interactif agissant simultanément sur l'image et le plan graphique.

 

5.3. - PROBLEMES LIES A LA SATURATION -

Sur le plan théorique, une première étude avait permis d'identifier deux outils de logiciel puissants pour améliorer l'extraction de spectres :

  • Le calage transversal des points du spectrogramme mesurés, par recherche d'un maximum de corrélation avec la coupe densitométrique transversale de la source désignée.

  • L'affinage du spectre extrait par déconvolution par la coupe densitométrique longitudinale de la source, qui n'est jamais vraiment ponctuelle.

Le fait que l'appareil photographique utilisé soit à pose automatique ( non contrôlable ) a pour conséquence immédiate que les sources lumineuses peu étendues photographiées de nuit apparaissent saturées. Dans le cas de sources assez puissantes ( lune, réverbère pris de près ), les ordres + 1 et - 1 du spectrogramme sont eux-mêmes partiellement saturés.

Les calculs de corrélation avec l'image de la source, que ce soit en monodimensionnel dans le sens longitudinal ou transversal, ou en bidimensionnel, ne sont donc pas possibles, et la meilleure approximation est obtenue, comme décrit précédemment, par interaction de l'opérateur.

 

5.4. - SUPERPOSITION DE L'IMAGE ET DU SPECTROGRAMME -

Si le fond du cliché étudié n'est pas franchement obscur, il convient d'essayer de retrancher sa contribution au signal prélevé le long de l'axe de diffraction. Puisqu'il s'agit d'une information "parasite" purement déterministe ( le paysage ), le seul procédé standard consiste à l'évaluer le long d'une ( ou deux ) ligne(s) parallèle(s) à la diffraction, aussi près que possible du spectrogramme.

Un outil de désignation interactive d'une ( ou deux ) ligne(s) polygonale(s) parallèle(s) à celle le long de laquelle le spectre est extrait a donc été développé.

L'utilisation de cet outil est délicate, car la soustraction d'un fond conduit à des résultats faux dès que le signal global est saturé.

Il est donc recommandé d'effectuer une première extraction de spectre sans soustraction de fond , afin d'identifier d'éventuelles zones de saturation, avant de procéder à l'extraction finale.

 

5.5. - CALIBRATION EN LONGUEUR D'ONDE -

La calibration en longueurs d'onde d'un spectre extrait doit pouvoir être effectuée à deux niveaux :

  • si l'on peut disposer d'un ou de plusieurs clichés de calibration réalisés avec la même chaîne optique que la photographie étudiée ( appareil + réseau + rouleau de film), et comportant des spectres de raies fines des longueurs d'onde connues, une procédure interactive de mesure directe permet de déterminer avec une bonne précision la dispersion ( en principe linéaire ) du dispositif.

  • si ce n'est pas le cas, une dispersion moyenne peut être prise en compte par défaut.

Il est à noter que le système actuellement développé suppose un coefficient de dispersion constant le long de l'axe de diffraction, ce qui ne se vérifie que dans une première approximation. En particulier, une constante de dispersion mesurée sur un ordre + 1 ou - 1 conduit à un calage spectral imprécis pour un ordre de + 2 ou - 2, et vice-versa. Seule la constitution d'un catalogue de clichés de calibration permettrait d'approcher un modèle de calage spectral plus élaboré.

En ce qui concerne la réalisation de clichés de calibration lorsqu'il reste des vues à prendre sur un rouleau, les priorités à respecter sont les suivantes :

  • Photographier au moins une source se présentant sous la forme d'une fente fine perpendiculaire à l'axe de diffraction, avec un spectre de raies connues comprises dans le domaine d'intérêt ( 4000 Å à 6300 Å ). Cette source, qui doit être placée dans l'obscurité dans l'axe optique de l'appareil, peut être par exemple une lampe au cadmium ou au mercure.

  • Photographier la même source placée en différents points du champ angulaire, et en particulier dans un coin, afin d'effectuer ultérieurement la calibration à partir de la position angulaire la plus proche de celle de la source étudiée. Cette précaution permet d'affiner la précision en englobant dans la calibration les "perturbations géométriques" en-dehors de l'axe du réseau.

 

5.6. - CALIBRATION EN DENSITE -

Dans l'état actuel du système, aucune calibration en densité n'est effectuée, car son utilité ne pourra être démontrée qu'à partir d'une étude statistique sur les composants de la chaîne optique. L'objectif essentiel se limite à localiser les raies spectrales et à comparer leurs amplitudes relatives à l'intérieur du spectre.

Cependant, il serait simple d'introduire une telle calibration, si elle se révélait utile, sous la forme de photographies de mires en densité. L'opérateur pourrait ultérieurement, sur son écran, désigner les zones de l'image représentant des valeurs données de densité optique, et le traitement à effectuer se résumerait à une simple modification de la Fonction de Transfert de Luminance ( FTL ).

 

6 - MISE EN OEUVRE DU PROGRAMME D'EXTRACTION –

 

6.1. - ORGANISATION GENERALE -

Un programme interactif "XSPECT" d'extraction de spectres a été développé, mettant en jeu les équipements suivants :

  • MITRA 15, avec un disque, une unité de bandes magnétiques, une imprimante électrostatique.

  • Console TRIM de traitement d'images, avec 2 mémoires d'images ( 512 x 512 pixels ) et leurs plans graphiques associés, le manche à balai et les touches de fonctions.

  • Console graphique TEKTRO ( 4000 points ) et son clavier.

  • Imprimante VERSATEC.

Ce programme, écrit en FORTRAN et chargé en overlay, est articulé autour d'un "menu" d'actions que l'utilisateur peut déclencher à son gré. L'interaction homme-programme se fait sur la TEKTRO en ce qui concerne les informations alphanumériques, et sur l'écran de la TRIM en ce qui concerne les images. Les tracés de spectres sont faits sur la TEKTRO, et l'utilisateur peut à tout instant obtenir une copie sur papier du contenu de l'écran de cette console.

Les images numérisées ( étudiées ou de calibration ) sont stockées sur bandes magnétiques, et les commandes élémentaires offertes à l'utilisateur au menu sont les suivantes.

  • FI : fin d'utilisation de XSPECT

  • ME : édition du menu sur la TEKTRO

  • ML : passage en mode local de manipulation d'image

  • LS : lecture de la source étudiée sur bande

  • LC : lecture de l'image de calibration sur bande

  • ES : désignation interactive des éléments utiles du cliché à étudier

  • EC : désignation interactive des éléments utiles de l'image de calibration

  • SB : tracé des spectres bruts de la source étudiée et éventuellement de celle prise pour calibration

  • CC : Calcul de calibration, lorsqu'existe une image de calibration

  • SF : calcul et tracé du spectre final, avec ou sans soustraction du fond.

 

6.2. - ETAPES DU TRAITEMENT -

Les commandes élémentaires listées précédemment déclenchent respectivement les tâches suivantes :

  • FI : Rembobinage de la bande couramment montée et sortie du programme.

  • ME : Effacement de l'écran de la TEKTRO et édition du menu de commandes.

  • ML : Accès aux outils de manipulation locale de l'image visualisée sur l'écran. Cette fonction est particulièrement utile lorsque l'on a chargé et visualisé l'image à étudier et que l'on veut la scruter en détail. Les possibilités les plus utiles sont :

    • le zoom

    • le décadrage

    • le seuillage ( détection des sources ténues ),

    • la pseudo-couleur.

  • LS : Chargement en mémoire d'image et visualisation de l'image à étudier. L'utilisateur indique le numéro du fichier sur la bande, le point de départ de la visualisation ( 512 x 512 à prendre sur un fichier plus grand ), le taux de sous-échantillonnage ( zoom par logiciel de 2,4 ou 8 ).

  • LC : Chargement identique de l'image de calibration.

  • ES : Introduction interactive à l'aide du manche à balai des éléments du spectrogramme étudié source et sommets d'une ligne polygonale suivant l'axe de diffraction. Au cours de ces opérations, l'utilisateur a accès aux fonctions de zoom et de décadrage, et suit l'évolution de son tracé sur le plan graphique associé à l'image.

  • EC : Introduction identique des éléments du spectrogramme de calibration. Pour chaque point désigné, à part la source, l'utilisateur peut introduire sur la TEKTRO la longueur d'onde correspondante.

  • SB : Obtention du tracé des spectres bruts, sans échelle. L'opérateur doit choisir un ordre + 2, + 1, - 1, ou - 2, désigné par la lettre A, B, C, ou D affectée d'un signe + ou - ( sans signification dans l'état actuel du programme ).

  • CC : Déclenchement des calculs de calibration en longueurs d'onde. La source de calibration et tous les points du spectrogramme préalablement introduits avec une longueur d'onde ( commande EC ) sont automatiquement visualisés sur l'écran les uns après les autres à pleine résolution, pour permettre à l'opérateur de raffiner leur localisation interactive avec le manche à balai. Puis, le programme calcule par moyennage sur les données introduites un coefficient de dispersion linéaire en longueur d'onde, qu'il affiche sur la TEKTRO, et conserve en mémoire jusqu'à nouvel ordre, à la place de la valeur standard par défaut.

  • SF : Déclenchement du calcul final et du tracé du spectre extrait. Le programme visualise automatiquement sur l'écran, et à pleine résolution, la source étudiée ( pour localisation fine ), puis l'ordre préalablement choisi ( commande SB ). L'utilisateur peut ajuster sa ligne polygonale, et décider de soustraire ou non le fond de l'image. S'il le fait, il a le choix entre une ligne polygonale parallèle à la précédente, ou deux lignes équidistantes de part et d'autre. Le programme lui permet de positionner cette ou ces lignes, de façon interactive, et de déclencher le tracé final quand il a fait son choix. Ce tracé apparaît sur la TEKTRO avec une grille de coordonnées.

 

7 - PROCEDURE STANDARD DE TRAITEMENT DES CLICHES -

Ce chapitre récapitule l'ensemble des actions standard correspondant au traitement des clichés du GEPAN.

 

7.1. - CLICHES DE CALIBRATION -

Il est demandé aux gendarmes qui ont des clichés à soumettre à l'analyse d'envoyer toute la "chaîne optique" : appareil, réseau et pellicule chargée. Selon le nombre de prises de vues restant à prendre, les clichés de calibration suivants sont à réaliser, par ordre d'importance décroissante :

  • une fente émettant un spectre de raies ( Na, Cd ou Hg par exemple ), placée dans l'obscurité dans l'axe de visée.

  • la même source située dans un coin du champ angulaire.

  • Une mire de densités.

 

7.2. - DEVELOPPEMENT DU FILM -

Utilisation de révélateur ILFORD ID-11 dilué ( 1 + 3 ), à 20°C, en agitant de façon intermittente durant 15 minutes, et dans l'obscurité complète ( cuve à spirales ).

Fixage à l'aide du fixateur ILFORD HYPAM

Lavage et rinçage avec l'agent mouillant ILFORD ILFOTOL, conformément aux indications du § 8 de l'annexe 2.

 

7.3. - NUMÉRISATION -

Utilisation de l'analyseur OPTRONICS, avec les réglages suivants :

  • pas d'échantillonnage : 25 microns,

  • taille de la fenêtre : 25 microns,

  • échelle de niveaux de gris : logarithmique,

  • plage de densités optiques : 0 à 2 D.

 

7.4. - EXTRACTION DU SPECTRE -

Mise en oeuvre du programme XSPECT, et production des graphes représentant les spectres bruts et finaux de la source étudiée.

 

7.5. - TRAITEMENT SPECIFIQULE ( OPTIONNEL )

La dynamique de l'image numérisée peut être optimisée en utilisant les ressources de l'OPTRONICS, en particulier si le cliché est très peu contrasté. En outre, pour des cas particuliers, on peut envisager une numérisation avec un pas de12,5 µm.

Dans le domaine informatique, il va de soi que des programmes particuliers peuvent être développés et utilisés au coup par coup, si l'intérêt d'un cliché le justifie. La richesse des bibliothèques de programmes spécialisés en traitement d'images disponibles peut être exploitée efficacement si ce type de travaux se révèle utile.

 

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