Cours de systèmes de détection 2015-2016

Systèmes de détection
Cursus/option : Seconde année
Date de mise à jour : Janvier 2016
Année scolaire : 2015 – 2016
Responsable du cours : Julien MOREAU

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Julien Moreau – IOGS- 2015 1
dL
d2G
Institut d'Optique Graduate School – Master 1
2015 – 2016
Systèmes de détection
Dr Julien Moreau
[e-mail]
Laboratoire Charles Fabry – Biophotonics Group
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Julien Moreau – IOGS- 2015
Bibliographie pour ce cours
Livre en Français
«Bases de radiométrie optique »
(J.L. Meyzonnette, T. Lépine, édition Cépaduès)
Livres en Anglais
« Electro-optical systems performance modeling »
(G . Waldman, J. Wootton, Artech, house publisher)
« Introduction to sensor systems »
(S.A Hovanessian Artech, house publisher)
Bibliographie

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Julien Moreau – IOGS- 2015
Plan du cours
I. Evaluer les performances d’un système de détection optique
1. Estimer le signal reçu: rappels de radiométrie…………………….…..……………………….6
2. Les bruits et le rapport signal à bruit……………………………………………………………...10
3. Probabilité de détection et probabilité de fausses alarmes……………………………19
II. Concevoir un systèmes de détection optique
1. Eléments de conception………………….………..………………………………………………………30
2. Mise en pratique: Mission Kepler……………………………………………………………………..39
3. Quelques pistes pour l’optimisation du rapport signal à bruit……………………….40
III. Cas des systèmes d’imagerie : CCD et CMOS
1. Architecture et mode d’opération …………………………………………………………………..53
2. Bruit et RSB dans les caméras numériques……………………………………………………..70
3. Fonction de transfert de modulation………………………………………………………………82
4. Caméras scientifiques et industrielles haut de gamme……………..……………………88
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Julien Moreau – IOGS- 2015
A l’issue de ce cours, vous serez capables :
1. De modéliser les bruits typiques d’un photodétecteur.
2. De calculer à partir du RSB d’une mesure, la probabilité de détection
et de fausse alarme.
3. De dimensionner un système de détection optique à partir d’un
cahier des charges.
4. De choisir et d’utiliser au mieux une caméra numérique.
Objectifs d’apprentissage

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Julien Moreau – IOGS- 2015
Chaine de détection
Luminance
(ou Intensité)
spectrique
Source
lumineuse ou
objet éclairé
Système
optique
Capteur électro-
optique
Flux
spectrique
Courant
électrique
Electronique de
détection
Rapport signal
à bruit
L’objectif de ce cours est que vous soyez capable de prédire/estimer chacune des grandeurs
de sortie (luminance, flux, courant, SNR) associées à chaque élément de la chaine de
détection.
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Julien Moreau – IOGS- 2015
Rappel: système imageur
Cas d’un système imageur observant un objet étendu
(objet > champ visuel d’un détecteur élémentaire ou pixel)
Luminance spectrique d’un objet opaque définie par une température T, une BRDF, une
émissivité ε, un éclairement E:
Luminance spectrique apparente sur la pupille d’entrée du système, en hypothèse de
diffusion simple:
Flux spectrique incident sur un pixel du détecteur:
Courant de sortie d’un pixel de réponse spectrale Ri():
 Luminance
spectrique du fond
Signal de l’objet + fond