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20 mars 2020

Thèse à l'ONERA : Reconstruction d'images multi-temporelles à haute résolution angulaire dans le visible. Application à l'observation astronomique et l'observation de satellites


Catégorie : Doctorant


Début de la thèse : octobre 2020

Mots clés : reconstruction d’images, problèmes inverses, optique adaptative, astronomie, satellites

Profil et compétences recherchées : Ecoles d'ingénieurs généralistes (physique, optique) ; Master 2 signal/image, astronomie, optique, physique.

Présentation du contexte
L'imagerie à haute résolution dans le visible est le grand challenge d’aujourd’hui de
l’instrumentation au sol, que cela soit dans le domaine de l’astronomie (remplacement d’Hubble,
instrument MUSE, projet MAVIS) ou de la défense (imagerie de satellites en orbite basse). Si
l’Optique Adaptative [OA] est la technique phare permettant d’atteindre les résolutions recherchées
(de l’ordre de la centaine, voire de la dizaine de milliseconde d’arc), la correction de l’OA reste
d’autant plus partielle que la longueur d’onde d’imagerie est courte et les systèmes d’observation
doivent inclure une composante-clef de traitement des images.


Ce traitement est un défi à la fois du fait des résidus turbulents qui sont importants dans le visible et
généralement inconnus, et du fait des temps de pose courts parfois requis, en particulier pour
l’imagerie de satellites. Des travaux de thèse récents ont permis de développer un modèle de
réponse instrument corrigé par OA parcimonieux (i.e. à peu de paramètres) et précis, que nous
avons incorporé dans une méthode de déconvolution dite marginale, laquelle résout une large part
des problèmes habituellement associés à la déconvolution « aveugle » ou « myope » (i.e. à
réponse instrument inconnue), mais uniquement dans les cas de bonne correction par OA et de fort
flux.

 

Présentation du projet doctoral :

La thèse proposée vise à rendre l’identification de la réponse instrument et donc la reconstruction
des images plus robustes aux conditions de turbulence et de signal-à-bruit, et plus précises.
Deux approches complémentaires seront explorées pour cela : d’une part l’étudiant.e poursuivra les
développements de la déconvolution myope marginale (méthodes d'échantillonnage stochastique et
algorithmes Monte Carlo Markov Chain [MCMC] en particulier) afin d'explorer l'apport de modèles a
priori plus informatifs sur les objets observés. D’autre part il/elle s’attachera à exploiter
conjointement l’ensemble des données temporelles (voire spectrales) disponibles plutôt que les
images individuelles afin d’augmenter le rapport signal-à-bruit effectif.


En particulier, en imagerie de satellites on exploitera le fait que l’on enregistre des vidéos de
plusieurs centaines d’images, avec une évolution temporelle des objets observés assez lente. En
imagerie astronomique on exploitera le fait que certains objets (par ex. astéroïdes, lunes de Jupiter,
Neptune, etc) observés sur les instruments du Very Large Telescope [VLT] européen au Chili ont
une évolution temporelle notable.


Cette problématique d’exploitation conjointe de l’ensemble des données (x,y,t) et connaissances
disponibles, essentielle pour rendre robuste et opérationnel tout système au sol d'imagerie de
satellite, est également essentielle pour la future génération d'instrumentation pour les télescopes
géants (Very et Extremely Large Telescope), comme en témoigne le fait que les processus de coconception
instrument/traitements font leur apparition dans l'instrumentation astronomique.

Par ailleurs le fait que des instruments astronomiques comme MUSE observent les objets d’intérêt
simultanément sur plusieurs milliers de canaux spectraux simultanément pourra donner lieu dans
un second temps à des développements de traitements des images véritablement 4D
(x,y,t,lambda).


La thèse se placera au coeur d'études préliminaires pour l'instrumentation de 3ième génération pour
le VLT (MAVIS) et bénéficiera ainsi d'une synergie forte avec des travaux menés à l'ONERA et au
LAM dans ce domaine, ainsi que de l'accès à des données expérimentales acquises sur le VLT
(MUSE, SPHERE). Elle bénéficiera aussi de plus de 30 ans d’expertise à l’ONERA sur ces sujets,
et de l'accès privilégié aux images de satellites acquises par l'ONERA en 2018-2019 sur son
système d'imagerie corrigé par OA, images qui constituent une première européenne.

Laboratoire d’accueil à l’ONERA :
Département : Optique et Techniques Associées
Lieu (centre ONERA) : Châtillon
Contact : Laurent Mugnier
Email : mugnier@onera.fr

Collaborations envisagées : Université Bordeaux, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille

 

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