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Gilles KERVERN : Ingénieur de recherche, Thomson Marconi Sonar
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À l’heure actuelle, l’acoustique est le moyen couramment utilisé pour former des images du fond marin à longue distance, quelques centaines de mètres (figure A), tandis que l’utilisation de l’optique est restreinte à l’identification courte distance (quelques mètres) par caméra vidéo classique. Ce partage des rôles entre acoustique et optique en imagerie sous-marine est, en partie, la conséquence des différences de propriétés physiques des ondes acoustiques ou optiques en milieu marin, mais aussi de l a différence de maturité des technologies associées. En conséquence, l’avènement de sources lumineuses cohérentes et modulables en amplitude et en fréquence (lasers) associées à l’utilisation de techniques de traitement du signal inspirées des techniques radars permet d’envisager une extension du rôle de l’optique en imagerie sous-marine ainsi que la réalisation de systèmes nouveaux (figure B) mettant à profit la propriété des ondes lumineuses de passer avec un très bon rendement l’interface air/eau, à la différence des ondes acoustiques :
en incidence normale pour :
,
.
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Conclusion5. Expérimentation d’un imageur de type lidar
Compte tenu de l’état actuel de la technologie laser, un seul schéma nous a semblé pouvoir concilier portée et résolution dans le cadre d’une expérimentation de faisabilité : le balayage de la zone à imager par un faisceau laser impulsionnel et l’utilisation d’un détecteur ponctuel type photomultiplicateur. L’avantage du balayage est de conserver toute la puissance du laser (qui en moyenne reste faible) pour l’obtention de l’information relative à un pixel de l’image et de pouvoir moduler le nombre de pixels de cette image en fonction des paramètres du balayage.
Pour un tel schéma de réalisation, le laser YAG au Néodyme, impulsionnel, doublé, émettant dans le vert à 532 nm, réalise actuellement un bon compromis.
Des expérimentations d’imagerie ont été menées en bassin d’eau de mer au moyen d’un dispositif mettant en œuvre le schéma de réalisation précédemment proposé (balayage et émission d’impulsions brèves et puissantes).
Quatre exemples d’images obtenues sont présentés sur les figures 5 et 6.
Le niveau de gris de chaque pixel est fonction linéaire de l’aire ou de la hauteur de l’écho laser correspondant. La distance d’observation est de 50 m et la puissance crête émise de 200 kW environ pour une durée d’impulsion de 8 ns.
Sur la figure 5, l’image 100 x 100 pixels est codée sur 256 niveaux de gris, la cible plane blanc et noir lambertienne, et permet de déterminer la limite en résolution à 1 cm environ pour une distance de 50 m. On note la présence de deux quadrants plus flous que les autres sur cette cible, ce phénomène est sans doute dû à la dépolarisation de la lumière laser par les bandes noires de la cible constituées par un film plastique autocollant étiré.
Sur la figure 6, l’image 100 x 100 pixels est codée sur 64 niveaux de gris, la cible métallique (inox), en volume permet de mettre en évidence la possibilité de former des images d’objets fortement spéculaires. On note la présence des points brillants associés aux génératrices des différents cylindres constituant la cible.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - IVANOFF (A.) - Introduction à l’Océanographie : propriétés physiques et chimiques des eaux de mer. - Tomes I et II, Vuibert Paris, 1975.
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(3) - WELLS (W. J.) - Theory of small angle scattering, in Optic of the Sea. - Edition and Reproduction Technical in optic of the sea Reproduction Ltd. Agard (Nato). Lecture series n× 61, 1973.
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(4) - PENNY (M. F.), ABBOT (R. H.), PHILLIPS (D. M.) , BILLARD (B.) - Airborne laser hydrography in Australia - . Applied Optics, vol. 25 n× 13, 1986.
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(5) - LEGALL (A.), TOULLEC (B.), KERVERN (G.) et CERTENAIS (J.) - Airborne laser bathymetry : a novel technique for shallow water monitoring - , Revue Technique Thomson-CSF, vol. 25, n× 3, septembre 1993.
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(6) - LEBRUN (G.), LEJEUNE (B.), CARISER...
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