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Qu'est-ce que la lumière parasite ?
Définition de la lumière parasite
La lumière parasite désigne tout rayonnement électromagnétique indésirable qui perturbe le bon fonctionnement d'un système optique. La lumière parasite indésirable peut se produire aussi bien dans les systèmes d'imagerie que dans les systèmes de projection, bien qu'il soit généralement plus crucial de la contrôler dans les premiers. La lumière parasite peut provenir de l'objet capturé par le système optique, d'émetteurs externes indésirables ou, dans le cas des systèmes sensibles aux infrarouges, d'éléments du système lui-même émettant de la lumière en raison de leur propre chaleur.
Voici quelques exemples de lumière parasite :
- Réflexions de la lumière sur les surfaces de fixation mécaniques à l'intérieur du système optique
- Lumière qui s'infiltre par une fente dans le boîtier du système
- Diffusion de la lumière par la poussière et d'autres imperfections présentes sur les surfaces optiques du système
- La pollution lumineuse, qui résulte de la réflexion des lumières urbaines par l'atmosphère et qui nuit à l'astronomie au sol
- Le Soleil, la Terre et la Lune, qui peuvent perturber le fonctionnement des télescopes en orbite
Table des matières
Deux types de lumière parasite
La lumière parasite peut être classée en deux types distincts : les images fantômes et les reflets ou éblouissements diffus.
Les images fantômes apparaissent dans les systèmes d'imagerie lorsque la lumière provenant d'une source située dans le champ de l'image subit deux ou plusieurs réflexions indésirables avant d'atteindre le capteur, créant ainsi une image fantôme indésirable. Dans le cas des appareils photo numériques, l'une des causes les plus courantes des images fantômes est la lumière qui se réfléchit sur le capteur pour revenir dans le système optique, puis se réfléchit à nouveau sur la surface d'une lentille, formant ainsi une image secondaire.
Les reflets, ou éblouissement diffus, se produisent généralement lorsque la lumière se diffuse à l'intérieur du système optique, soit en raison d'imperfections des surfaces optiques, soit en raison d'éléments mécaniques du système. L'éblouissement diffus peut également être causé par la réflexion de la lumière dans l'atmosphère, par exemple en cas de brume ou de lueur du ciel.
- Résultant de réflexions involontaires entre des surfaces d'imagerie
- Résultat dû à des ordres de diffraction supérieurs ou non bloqués générés par les réseaux
- Formation par imagerie secondaire de surfaces à forte diffusion
Éblouissement par reflets ou par voile :
- Introduire l'image provenant de sources situées en dehors du champ du système optique
- Proviennent de sources lumineuses situées dans le champ de vision ou de l'émission thermique de surfaces chaudes
- Cela se produit lorsque la lumière se diffuse au sein du système optique
Figure 1. Exemple de « ghost » : photo prise avec un téléphone portable montrant clairement trois images fantômes nettes des flammes de la bougie. On observe également une quatrième image fantôme allongée, centrée sur l'image fantôme nette du milieu.
Pourquoi est-il important de détecter la lumière parasite dans une conception ?
La lumière parasite peut réduire le contraste d'une image en y ajoutant de la lumière indésirable. Par exemple, la lumière parasite peut :
- Réduire la sensibilité des systèmes de détection.
- Générer des images de mauvaise qualité dans les systèmes d'imagerie commerciaux.
- Provoquent l'apparition de taches lumineuses indésirables dans le faisceau lumineux des systèmes de projection.
Comment les logiciels aident-ils à détecter la lumière parasite ?
La lumière parasite peut réduire le contraste d'une image en y ajoutant de la lumière indésirable. Par exemple, la lumière parasite peut :
- Réduire la sensibilité des systèmes de détection.
- Générer des images de mauvaise qualité dans les systèmes d'imagerie commerciaux.
- Provoquent l'apparition de taches lumineuses indésirables dans le faisceau lumineux des systèmes de projection.
Figure 2. Exemple de fantôme : tracé séquentiel d'un seul trajet d'image fantôme. La lumière provenant d'un objet dans le champ de vision traverse la lentille et forme une image sur le détecteur situé à droite. Une partie de la lumière est ensuite réfléchie par le détecteur vers la lentille. L'une des surfaces de la lentille renvoie alors la lumière vers le détecteur à un emplacement différent. Cette image fantôme présente un intérêt particulier car la lumière fantôme est presque focalisée sur le détecteur, ce qui donne une image fantôme beaucoup plus lumineuse que si la lumière était répartie sur une plus grande surface.
Les reflets peuvent pénétrer dans le système optique par de nombreux trajets optiques, souvent inattendus. Vous pouvez utiliser un logiciel de simulation Monte Carlo pour en étudier les contributions. Les méthodes par force brute génèrent aléatoirement de nombreux rayons et analysent la répartition de l'énergie à travers le modèle. Les méthodes de réduction de variance permettent de détecter efficacement les contributions provenant de trajets impliquant des événements à faible probabilité, tels que la diffusion à grand angle.
Figure 3. Exemple de lumière parasite : la lumière provenant d'un objet situé dans le champ de vision se diffuse sur la monture de l'objectif, puis est réfléchie par la surface de l'objectif vers le détecteur.
Approches informatiques pour la simulation de la lumière parasite
L'analyse et le contrôle de la lumière parasite, composée d'images fantômes et de reflets, constituent une tâche importante mais complexe dans la conception des systèmes d'imagerie. Les images fantômes résultent de réflexions multiples sur les surfaces situées dans le trajet optique principal. Les images fantômes qui atteignent le plan image au niveau ou à proximité du foyer sont particulièrement préoccupantes — les reflets peuvent provenir de la lumière réfléchie par les montures des lentilles, les surfaces non optiques des lentilles (telles que les faces planes et les bords), et le détecteur lui-même, dont l'image est renvoyée vers le détecteur. La diffraction due à la microstructure du détecteur peut également compliquer le processus de modélisation de la lumière réfléchie par le détecteur.
Modélisation de la lumière parasite à l'aide d'un logiciel
Modélisation et optimisation de la conception des systèmes d'éclairage
Pour la conception d'éclairages généraux, d'écrans rétroéclairés, de LED et d'éclairages intérieurs de véhicules, le logiciel de conception d'éclairage LightTools permet de modéliser et d'optimiser les systèmes d'éclairage. LightTools propose des fonctionnalités avancées d'analyse de la lumière parasite qui renforcent les capacités de conception, la fiabilité et la précision de ce logiciel, déjà à la pointe du secteur.
Figure 4. Exemple de capteur d'historique des rayons : reconstitution des rayons pour une conception à éclairage latéral à partir d'un capteur de surface.
Modélisation et simulation de conceptions d'éclairage automobile
Pour la modélisation et la simulation en temps réel des feux avant, arrière et de signalisation des véhicules automobiles, le logiciel LucidShape offre un ensemble complet d'outils de conception, de simulation et d'analyse.
Modéliser, analyser et optimiser les systèmes optiques
CODE V est un logiciel de conception assistée par ordinateur destiné à la modélisation de systèmes d'imagerie ou de télécommunications en espace libre. Il permet de modéliser, d'analyser, d'optimiser et d'apporter un soutien à la fabrication dans le cadre du développement de systèmes optiques. Ses applications couvrent notamment l'aérospatiale, les appareils photo, l'affichage d'informations, la microlithographie et la photonique.
Simuler la lumière parasite de la scène et ajouter des sources de lumière parasite
ImSym vous aide à comprendre l'impact de la lumière parasite sur votre système et fournit un modèle complet de votre système d'imagerie avant sa mise en production. Ce modèle intègre les lentilles, les capteurs et les processeurs d'image et de signal (ISP), ce qui vous permet de visualiser les images à l'aide de données précises et quantitatives. Ces fonctionnalités rationalisent le processus de développement, vous permettant ainsi de commercialiser plus rapidement votre prochain produit d'imagerie.
Flux de travail pour la lumière parasite
Voici un déroulement typique de l'utilisation du logiciel Keysight pour analyser la lumière parasite dans un système de caméra :
Modélisation et analyse de la lumière parasite avec Keysight
Notre gamme de solutions d'ingénierie en conception optique propose plusieurs logiciels destinés à la modélisation et à l'analyse de la lumière parasite. Le choix du logiciel approprié dépend de votre application, et nos produits permettent d'effectuer des cosimulations.
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