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27 novembre 2019

Traitement d’images et analyse de données : application à un spectromètre optique


Catégorie : Stagiaire


 Offre de stage (M2) entre février et juillet 2020 :

Traitement d’images et analyse de données : application à un spectromètre optique

 

Contexte du stage

Depuis plusieurs années, l’équipe de nanotechnologie de l’Université de Technologie de Troyes travaille sur une technologie brevetée [1] permettant de réaliser un spectromètre compacte pour caractériser la couleur de la lumière. . Le principe repose sur une interaction, dite en champs proche, d’un réseau de nano-antennes qui diffusent localement une onde stationnaire en mode évanescent [1]. Cette interaction en champ proche confère un caractère compact puisqu’il est nécessaire de collecter la lumière diffusée par les nano-antennes en positionnant un capteur (CMOS/CCD, utilisés dans les appareils photo usuels) très près de l’onde évanescente. La forme du diagramme de diffusion dépend essentiellement du matériau, de la forme, de la taille et du positionnement de chaque nano-antenne par rapport à l’onde stationnaire [2]. A partir d’un réseau de nano-antennes, on obtient une image sur le capteur directement liée à la longueur d’onde. Une phase de calibration est alors nécessaire afin de constituer une base d’images longueur d’onde par longueur d’onde avec un pas donné. Cette base est ensuite utilisée par un algorithme de traitement et d’analyse pour extraire le spectre d’une lumière incidente à caractériser [3].

 

Objectifs du stage

Cependant, le dispositif, bien que complètement opérationnel, est largement perfectible, et cela, notamment, en utilisant des techniques modernes de traitement des images. D’une part, l’analyse des résultats pourrait permettre de comprendre « quels sont les réseaux de nano-sondes » optimaux pour reconstruire le spectre de la lumière incidente. D’autre part, il est possible d’améliorer l’analyse des données imagée afin de reconstruire le spectre plus fidèlement ; actuellement une simple calibration permet la reconstruction du spectre par régression linéaire. La question de l’utilisation de méthode d’apprentissage statistique plus avancée (dites d’intelligence artificielle) pourrait permettre d’améliorer la précision de la reconstruction du spectre.

L’objectif de ce stage est d’étudier dans quelles mesures l’utilisation de méthode avancée de traitement des images et d’analyse de données pourrait permettre d’améliorer la précision du spectromètre proposée.

 

Travail du stagiaire

Le principal travail attendu par le stagiaire se découpe en quatre étapes :

  1. Dans un premier temps il est indispensable de comprendre le fonctionnement du spectromètre qui a été conçu; cela nécessite de maîtriser l’ensemble des éléments qui le constitue ainsi que d’avoir une compréhension générale des principes physiques sous-jacents.
  2. Une fois les génaralités du spectromètre clairement comprises, un premier travail consistera à étudier les méthodes d’apprentissage supervisé pour les appliquer à la reconstruction du spectre en utilisant les images de calibration.
  3. En parallèle, un travail d’étude sera nécessaire afin de mesurer s’il est possible d’améliorer la qualité visuelle des images en vue de la reconstruction du spectre de la lumière analysée.
  4. Enfin, un dernier travail, plus complexe, consistera à identifier parmi les « réseaux de nano-sondes » utilisés la qualité de chacun pour la reconstruction du spectre de la lumière et cela, afin d’optimiser les nano-sondes utilisées et leur placement. Le but serait clairement d’analyser comment améliorer le « hardware » grâce à l’analyse résultante unitaire expérimentale.

Compétences nécessaires

Idéalement, les candidats doivent maîtriser les outils mathématiques de l’analyse des données et du traitement des images et avoir une très bonne maîtrise de la programmation (typiquement en python / Matlab) afin de développer les programmes permettant d’analyser les résultats obtenus, voire de proposer des simulations.

Une très grande ouverture d’esprit et une grande capacité de travail en équipe sont également indispensables compte tenu du caractère transversal du stage (entre les équipes de nano-technologies et d’analyse des données) ; une curiosité intellectuelle et un intérêt pour la recherche scientifique seraient un atout majeur.

 

Conditions du stage

Le stage se déroule au sein de l’Université de Technologie de Troyes (UTT), en collaboration avec les laboratoires L2N (Lumière, Nanomatériaux, Nanotechnologies) et LM2S (Laboratoire de Modélisation et de Sûreté des Systèmes). Un bureau, partagé par plusieurs étudiants en stage, sera alloué au stagiaire avec un ordinateur fixe pour le travail.

La rémunération de stage se situe autour de 455 € par mois.

Si le travail de l'étudiant est pleinement satisfaisant, une prolongation de ce stage de M2 par une thèse de doctorat sera envisagée.

 

Contacts

Rémi Cogranne (UTT/LM2S, bureau H109) : remi.cogranne@utt.fr - 03 25 75 96 72

Yacine HADJAR (UTT/L2N, bureau T111) : yassine.hadjar@utt.fr- 03 25 71 76 72

Rémi Vincent (UTT/L2N, bureau T223) : remi.vincent@utt.fr - 03 25 71 58 99

 

Références

[1] Arnaud, L., Hadjar, Y., Renault, M., Bruyant, A. and Blaize, S., Troyes Universite de Technologie de, 2016. Evanescent wave microspectrometer. U.S. Patent 9,459,149.

[2] . L. Arnaud, A. Bruyant, [2] M. Renault, Y. Hadjar, R. Salas-Montiel, A. Apuzzo, G. Lérondel, A. Morand, P. Benech, E. Le Coarer, and S. Blaize, “Waveguide-coupled nanowire as an optical antenna,” JOSA A 30, 2347 (2013).

[3] A.Hmima, Y.Hadjar, R.Vincent, R.Prasad, A.Bruyant, L.Arnaud, S.Blaize, R.Cogranne and G.Lerondel "Computational spectrometer based on nano-antennas scattering of evanescent standing wave" (en cours de soumission, disponible sur demande)

 

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