Principales caractéristiques des caméras et des détecteurs
Imagerie à bas niveau de lumière - Fondamentaux et perspectives

1 - Besoins en vision à bas niveau de lumière

2 - Différents contributeurs aux illuminations nocturnes

• 2.1 - Diffusion atmosphérique
  Figure 1 - Image de la couleur bleue du ciel la nuit en présence de Lune, les arbres sont illuminés par un réverbère [30 s de pose avec une optique de 8 mm f/D3.5 image non traitée en balance des blancs lumière du jour avec un Canon 500D (matrice CMOS 4T) réglé à 1600ISO 12/06/2011 1 h 20 TL en Mayenne (Thierry Midavaine)]
• 2.2 - Illumination lunaire
• 2.3 - Illumination stellaire
  Figure 2 - Cliché en couleur du ciel nocturne avec la Voie lactée depuis l'observatoire de Châteaurenard Saint-Véran [30 s de pose objectif de 4,5 mm F/D2.8 le 18 juillet 2010 1 h 00 TL (temps légal) Canon 500D 1600ISO balance des blancs lumière du jour (Thierry Midavaine)] Figure 3 - Luminance spectrale haute résolution du ciel nocturne dans le visible et le proche IR, en photons · s–1 · m–2 · sr–1 · nm–1, en fonction de la longueur d'onde [5] Figure 4 - Spectre haute résolution de la luminance du ciel nocturne dans la bande 1 (ordonnée en échelle log) [5] Figure 5 - Cliché en couleur du ciel nocturne avec la lumière zodiacale (Zambie juin 2001 Thierry Midavaine)
• 2.4 - Lumière zodiacale
• 2.5 - Aurores boréales et australes
  Figure 6 - Image du satellite NOAA POES de l'ovale statistique des aurores boréales (avec l'autorisation du Space Weather Prediction Center) [17] Cette image est actualisée en permanence sur le site web par NOAA Figure 7 - Image des lueurs atmosphériques ou … Figure 8 - Cliché en couleur de la pollution lumineuse sur Paris (Thierry Midavaine 2009)
• 2.6 - Lueurs atmosphériques
• 2.7 - Pollution lumineuse
  Figure 9 - Carte de la pollution lumineuse en Europe de l'Ouest [Crédit : P. Cinzano, F. Falchi (University of Padova), C. D. Elvidge (NOAA National Geophysical Data Center, Boulder). Copyright Royal Astronomical Society. Reproduced from the Monthly Notices of the RAS by permission of Blackwell Science. Work done with the support of ISTIL [18]] Tableau 1

3 - Niveaux de nuit

• 3.1 - Pondération des différents contributeurs
• 3.2 - Perception visuelle et niveaux de nuit
• 3.3 - Analyse spectrale des conditions d'éclairement
  Figure 10 - Densité spectrale de l'éclairement photonique au sol de 0,4 à … Figure 11 - Densité spectrale d'éclairement rencontré sur les scènes éclairées directement par la Lune et à l'ombre de la Lune (échelle logarithmique en ordonnée et linéaire en abscisse) Tableau 2 Tableau 3

4 - Albédos

5 - Transmission atmosphérique

6 - Technologies alternatives de détection

• 6.1 - Tubes intensificateurs d'images
  Figure 17 - Tubes de première génération à un étage et à trois étages Figure 18 - Tubes de seconde génération
• 6.2 - Caméras intensifiées
  Figure 19 - Modules EBCMOS fabriqués par Intevac, avec une photocathode AsGa et une matrice CMOS dans des formats 1,3 Mpx, 2 Mpx et 4 Mpx (cliché Thierry Midavaine 2012)
• 6.3 - Matrices silicium
  Figure 20 - CCD 486 pleine trame éclairage face avant : … Figure 21 - Matrice CMOS … Figure 22 - Photodiode et sa capacité définissant le photosite Figure 23 - Schéma du pixel CMOS 3T Figure 24 - Schéma du pixel CMOS 4T Figure 25 - Schéma du pixel CMOS 5T Figure 26 - Matrice CMOS …
• 6.4 - Autres semi-conducteurs du proche IR et de la bande 1
  Figure 27 - Matrice InGaAs … Figure 28 - Image de l'ensemble cryostat – machine à froid et de la matrice HgCdTe APD …
• 6.5 - Autres matrices et procédés de détection

7 - Principales caractéristiques des caméras et des détecteurs

• 7.1 - Pixel, résolution, FTM et portée
  Figure 29 - Courbes de FTM d'une optique, à la limite de diffraction à … Figure 30 - Nombre de paires de lignes et probabilité de réussite de la mission Figure 31 - Exemple de mire de Johnson n = 3,2 cycles avec h = 0,7 m, dimension utilisée pour la reconnaissance d'un être humain
• 7.2 - Caractéristiques contrôlant la qualité d'image
  Figure 32 - Exemple de la réponse intrapixel sur un CCD Kodak éclairage face avant au pas de … Figure 33 - Rendements quantiques spectraux des photocathodes, des matrices silicium et des matériaux depuis le proche UV à la bande 1
• 7.3 - Conversion analogique-numérique
• 7.4 - Traitements de correction
• 7.5 - Autres caractéristiques
• 7.6 - Rapport signal à bruit et facteurs de mérite

8 - Une variante : l'imagerie active

9 - Conclusion et perspectives