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

     

 

 

8 - CATALOGUE DE SPECTRES DE SOURCES CONNUES -

Une méthode de gestion simple permet de caractériser chaque rouleau de pellicule archivé par un nombre hexadécimal à 4 chiffres ( de '8000' à 'FFFF' ), les clichés étant individuellement numérotés sur le film lui-même. Actuellement, 9 rouleaux sont disponibles :

  • 4 développés au CNES au titre d'essais préliminaires ( calibration et gendarmerie ).

  • 1 envoyé par la gendarmerie de SAUMUR avec un P.V., mais ne comportant pas de spectre exploitable.

  • 2 correspondant à des sources lumineuses photographiées de nuit à PARIS ( pendant la période de mise au point ).

  • 1 contenant des photographies de mires destinées à évaluer la chaîne optique.

  • 1 constituant le petit catalogue présenté ci-après.

Afin de rassembler une collection de spectres correspondant à des sources lumineuses courantes, une campagne de prise de vues a été menée en été 1982, au cours de laquelle 26 photos ont été prises à l'aide du matériel de la Gendarmerie Nationale ( rouleau '8008' ). Les pages suivantes reproduisent 14 spectres extraits de ces photos, la calibration étant réalisée à l'aide d'une lampe au sodium. On notera qu'aucune photo d'étoile n'a pu fournir de spectrogramme exploitable, même à l'aide des outils de manipulation d'image ( entre autres essais infructueux : VEGA ).

Les clichés dont sont extraits les spectres présentés sont les suivants :

  • cliché 3 : phare jaune de voiture en code à 50 m

  • cliché 5 : réverbère blanc au loin ( environ 150 m )

  • cliché 6 : lampe de poche blanche à 30 m

  • cliché 7 : bougie à 20m

  • cliché 8 : chalumeau à 20 m

  • cliché 9 : lampe à pétrole à 20 m

  • cliché 10 : télévision en couleur à 30 m

  • cliché 11 : ampoule ordinaire à 20 m

  • cliché 12 : tube au néon à 20 m

  • cliché 14 : réverbère de près ( à 10 m )

  • cliché 15 : phare jaune de bicyclette à 20 m

  • cliché 19 : réverbère à l'horizon ( pose très longue )

  • cliché 26 : lune

  • cliché 29 : reflet de la lune dans une vitre à 1 m

Le cliché utilisé pour la calibration est :

  • - cliché 21 : lampe au sodium derrière une fente fine, à 2 m.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES -

L'ensemble des procédures d'utilisation des réseaux de diffraction JOBIN-YVON par les gendarmes et d'exploitation des clichés est maintenant opérationnel. Ceci constitue un pas important dans la démarche active de recherche de données physiques sur les PAN, mais il convient de dresser un bilan critique de cette première version du système à la lumière de l'expérience acquise.

Les paragraphes qui suivent présentent les actions à entreprendre pour augmenter sensiblement les chances d'obtenir des données de haute qualité à l'aide de réseaux. On notera que la remise en question la plus importante concerne le "design" du réseau lui-même.

 

9.1. - LE SYSTEME INFORMATIQUE -

Au point de vue matériel, la configuration utilisée jusqu'à présent est proche de l'obsolescence et il est prévu de transposer l'ensemble des programmes existants sur des matériels plus modernes et nettement plus performants.

En ce qui concerne le logiciel, il est apparu que l'hypothèse d'une dispersion linéaire était très approximative, et qu'il faudrait étudier la possibilité d'affiner la calibration le long de l'axe de diffraction. En effet, on constate actuellement que selon que l'on utilise un ordre ±1 ou un ordre ±2 pour extraire un spectre, la position d'une raie donnée varie dans une fourchette de l'ordre de ± 100 Å.
Un modèle du second degré en X pourrait par exemple être envisagé.

 

9.2. - LE RESEAU DE DIFFRACTION -

Le réseau JOBIN-YVON a de bonnes qualités optiques ( il permet de distinguer à l'œil nu les deux raies du sodium, distantes de 12 Å ), mais il a le défaut d'être très fragile : le simple fait de le toucher du doigt ou de le nettoyer peut provoquer une dégradation notable de ses performances.

En outre, le problème majeur qui est apparu clairement au fil du développement et de la mise en oeuvre du système d'extraction réside dans son "design" lui-même : le fort pourcentage d'énergie transmise dans l'ordre 0 a pour effet que toute source lumineuse suffisamment intense pour fournir de l'information dans les ordres ± 1 ou ± 2 apparaît comme saturée dans l'ordre 0. Les conséquences ont déjà été exposes au §  5.3. : il est impossible de déconvoluer l'image des ordres supérieurs par celle de l'ordre 0, que ce soit en monodimensionnel dans l'axe de la diffraction ou en bidimensionnel, et les formes des spectres disponibles restent d'autant plus floues que la taille angulaire des sources est importante ( voir le catalogue au chapitre précédent ).

Si l'on veut pouvoir isoler des raies fines dans les spectres, il faut spécifier un nouveau réseau qui transmette beaucoup moins d'énergie dans l'ordre 0 ( suffisamment quand même pour que l'on puisse reconnaître le paysage photographié ) et en focalise davantage dans l'un des ordres supérieurs.
L'utilisation possible de techniques holographiques devrait être étudiée car elle résoudrait peut- être simultanément le problème de fragilité mécanique évoqué plus haut.

 

9.3. - ETUDES COMPLEMENTAIRES -

Il serait intéressant d'effectuer une évaluation statistique des dispersions des caractéristiques des composants la chaîne optique et en particulier du réseau de diffraction. Le résultat essentiel serait une connaissance plus précise et étayée des incertitudes de mesure des spectres.

Par ailleurs, indépendamment de l'étude d'un nouveau réseau évoquée précédemment, il serait utile d'appliquer la méthode d'extraction à d'autres composants photographiques. L'étude de divers films pourrait apporter des critères de choix vis-à-vis du problème de la détection des sources ténues ( étoiles, planètes... ). D'autre part, la mise en oeuvre d'un appareil photographique beaucoup plus performant que celui des gendarmes permettrait de voir dans quelle mesure le contrôle de tous les paramètres d'exposition ( ouverture, temps de pose ) permettrait de réaliser des mesures de flux absolus.

 

9.4. - COMMERCIALISATION -

A l'issue de cette étude, il faut souligner l'intérêt qu'il y aurait à susciter la prise en charge par un industriel de certains aspects de la production des réseaux ( montage sur diverses bagues standard ) et de la diffusion ( publicité, information, vente aux particuliers... ). En effet, la probabilité d'obtenir des spectres intéressants augmente avec le nombre de réseaux mis en circulation.

Indépendamment des critiques et suggestions exposées précédemment,"le système d'acquisition et d'analyse de spectres, tel qu'il est opérationnel à ce jour, est prêt à fournir des données précieuses et tout à fait nouvelles sur la nature de la lumière émise par les phénomènes photographiés par la Gendarmerie Nationale.

La phase suivante consistera donc à améliorer les performances de ce système original.

 

SUITE...

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