Caméras Hyperspectrales

Personnel et localisation

Responsable technique et contact : Manuel Giraud
Responsable scientifique : Patrick Launeau
Localisation : Nantes

Présentation

Grâce à la planétologie pour laquelle l’analyse à distance des surfaces dans leur état naturel est fondamentale, le LPG a très tôt cherché à diversifier ses terrains d’étude vers des objets directement accessibles pour développer la recherche sur la compréhension des interactions entre lumière solaire et tout matériau à toute échelle.

Pour accéder aux propriétés physico-chimiques des surfaces, nous utilisons l’hyperspectral à une résolution nanométrique pour retrouver sur des spectres de réflectance proportionnels à leurs rugosités des bandes d’absorptions étroites caractéristiques de leurs chimies. Pour étudier la transformation du signal avec la distance, nous disposons de spectromètres de contact, de caméras fixes de laboratoire et mobiles de terrain.

Cette plateforme s’est construite grâce aux :

• CPER 2007-2013 GÉNIE CIVIL, ENVIRONNEMENT ET GESTION DURABLE DE LA VILLE R51_p6. Axe 3 : Application de la télédétection au génie civil environnemental et à la gestion durable de la ville.
• CPER 2014-2020 MER – ENVIRONNEMENT – VILLES ET TERRITOIRES RI6. Action S2EPdL : Suivi et Surveillance de l’Environnement en Pays de la Loire

L’extension aux distances aéroportées est réalisée avec le matériel de l’OSUNA permettant de coupler une caméra hyperspectrale aéroportée avec un LiDAR à double longueur d’onde mis en commun avec l’OSUR pour accéder à la télémétrie du signal optique.

https://osuna.univ-nantes.fr/plateformes/lidar-nantes-rennes

Depuis 2004, le LPG analyse les données transmises par les imageurs hyperspectraux spatiaux fonctionnant autour de Mars (instrument OMEGA/Mars Express) ou encore Saturne (VIMS/Cassini).

https://osuna.univ-nantes.fr/services-dobservation/cassini-huygens-vims

Équipements

Spectromètre de terrain

Le laboratoire dispose de deux spectromètres ASD FieldSepc 3 d’une gamme spectrale de 350-2500 nm avec une résolution de 3 nm à 700 nm, 8,5 nm à 1400 nm et 6,5 nm à 2100 nm rééchantillonnés à 1 nm grâce à 1 groupe de barrettes photodiodes (512 éléments Si) pour la gamme de 350 nm à 1000 nm et deux groupes de photodiodes InGaAs « TE cooled » pour les gammes 1000-1800nm et 1800-2500 nm.

L’ouverture de la fibre optique est de 25° sans optique peut passer à 4° ou 1° grâce à deux objectifs pour des acquisitions à courtes distances. Une sonde de contact avec éclairage permet de réaliser des spectres sans source de lumière extérieure. Un Spectralon à 99% est utilisé pour calculer une réflectance diffuse. Les spectromètres sont tous calibrés en radiance par le constructeur.

Caméras hyperspectrales fixes à scan linéaire et source halogène

Acquis en 2008, ce dispositif est constitué de trois caméras. La caméra HySpex VNIR 1600 a une résolution de 3.6 nm de 400 nm à 1000 nm sur 160 canaux, la SWIR 320i a une résolution de 4.5 nm de 960 nm à 1700 nm sur 145 canaux et la SWIR 320m à une résolution de 4.5 nm de 1300 nm à 2450 nm sur 256 canaux. Elles sont montées sur une potence motorisée permettant d’ajuster la distance de prise de vue à 0.3 m ou 1 m des échantillons grâce à un jeu de lentilles propre à chaque caméra.

Un éclairage halogène à alimentation contrôlée permet de réaliser des spectres de sources continue de type corps noir sans absorption atmosphérique. L’image est construite par le déplacement d’une platine en face des caméras dont la numérisation est synchronisée sur la vitesse de translation.

Caméras hyperspectrales mobiles à scan panoramique

Acquis en 2009, ce dispositif est constitué de 2 caméras hyperspectrales visible proche infrarouge HySpex VNIR 1600 et moyen infrarouge HySpex SWIR 320 qui ont été reconfigurées en 2017 pour le terrain avec l’ajout de lentilles de prise de vue à 1m et 3m et d’un ordinateur de contrôle transportable.

La VNIR 1600 a une résolution de 3.6 nm de 400 nm à 1000 nm sur 160 canaux et la HySpex SWIR 320me a une résolution de 4.5 nm de 960 nm à 2447 nm sur 256 canaux. L’avantage de ces caméras est de pouvoir réaliser des images nettes sans objectif ajouté de 10 m à l’infini. Cette spécificité nous a permis de les utiliser en mode aéroporté de 2009 à 2018.

Au sol, les images sont réalisées par scan panoramique en rotation avec chacune des caméras VNIR et SWIR. La source étant solaire aucune observation n’est possible en dehors des fenêtres spectrales délimitées par les bandes de vapeur d’eau à 1400 et 1900 nm de l’atmosphère.

Thèmes associés

Systèmes Littoraux et Marins, Terre, Planètes et Lunes

Financements

FEDER, Contrat Plan Etat-Région, Région Pays de la Loire, Département Loire Atlantique, Nantes Métropole