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Œil IL et CCD Thierry Midavaine WETO 2005. Les unités photomètriques EnergieJoule Jlm.sphotons FluxWattJ.s -1 lumenphotons.s-1 IntensitéW.sr -1 candela.

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1 Œil IL et CCD Thierry Midavaine WETO 2005

2 Les unités photomètriques EnergieJoule Jlm.sphotons FluxWattJ.s -1 lumenphotons.s-1 IntensitéW.sr -1 candela LuminanceW.sr -1.m -2 cd.m -2 EclairementW.m -2 luxmagnitude

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6 La magnitude en astronomie Un rapport 100 entre l éclairement de deux sources correspond à une différence de 5 magnitudes. 1 magnitude correspond à un rapport de = Une étoile de magnitude V 0 délivre un éclairement de lux ou W.m -2.µm -1 ou photons.m -2.µm -1.s -1

7 L œil humain

8 La focale de l œil z60 dioptries soit une focale de 16,7mm zun indice moyen de comme l eau. zUn indice de la cornée et du cristallin de 1.38

9 Rappels sur l oeil zLa rétine est composée de 120 millions de bâtonnets et de 6 millions de cônes (RVB). z neurones sur le nerf optique. zLes cônes sont de 1 à 1.5µm de diamètre et disposés de 2 à 2.5µm les uns des autres. 25 zAu centre, la fovea (diam de 0.3mm) la densité de cônes est de par mm 2. Elle constitue un champ de 1 à 2° avec une résolution de 1 (0,3mrd, 10/10 ème ou 1,5mm à 5m).

10 Pavage de la rétine

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12 Diamètre de la pupille Le diamètre d de la pupille dilatée peut dépasser 7mm avec les enfants; de moins de 2mm à 8mm

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15 Résolution et FTM de l œil zLa meilleure résolution est obtenue pour une pupille de 2.4mm. Pour des pupilles plus petites elle est limitée par la diffraction. zLes aberrations dominent pour des pupilles supérieures. zAvec les bâtonnets l acuité visuelle est de 2 à 3/10eme.

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17 Ftm de l œil

18 Modélisation de l œil z4 paramètres: yLa dimension de l objet yLa luminance du fond yLe seuil de contraste yLa durée de la stimulation

19 La luminance la plus faible détectable zVision diurne pour les cônes avec des luminances >3cd.m -2 zVision nocturne pour les bâtonnés avec des luminances < cd.m -2 zTransition entre les deux domaines pour cd.m 2 zLe seuil de détection est donné pour des flux de 50 à 100 photons à 510nm incidents sur la cornée (Hetch et al 1942).

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21 Temps de réponse de l oeil zSa constante de temps augmente lorsque la luminance diminue ! Elle varie du 1/100 ème s au 1/10 ème s zLes cônes ont une réponse de 5/100 ème s zA très faible niveau de luminance elle peut être de l ordre de la seconde.

22 La limite de détection de l oeil zMiddletown W.E.K., Vision through the atmosphere, University of Toronto Press Toronto, Canada, 1958, cité dans différents manuels, la limite de détection de l'oeil d'un point est voisin de 2E-9 lm/m2 pour un fond à 1E-5 cd/m2, ce qui fait une magnitude de 7,8.

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24 Un œil dilaté dans un fond noir z7mm : S= m 2 zRésolution 3 zBande FWHM : 0.1µm zmag V 0 : W ou photons/s zmag V 7.8 un ratio de 1320 soit 320photons/s zou 32 photons en 100ms! zQuelle est l influence du fond?

25 La limite de visibilité zC est le contraste C=(L O -L f )/L f limite perceptible à l œil nu. zElle est fonction de l angle solide sous lequel est vu l objet. zCe contraste limite diminue lorsque l objet est vu sous un angle plus grand. Les bâtonnets ont une capacité d intégration spatiale. zLa meilleure détection n est pas faite pour les objets ponctuels!

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27 Evaluation du fond zMagnitude 20 par arcsec 2 : x soit: photon.s -1.as -2 sur 3 et 100ms: 14 photons

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30 Le gain d antenne zAvec un télescope de diamètre D la sensibilité de l œil est amplifiée par un facteur de gain proportionnel au rapport des surfaces: G = D 2 /d 2 zLa luminance du fond de ciel est inchangée avec un grossissement équipupillaire g é = D/d zLa luminance varie comme l inverse du carré du rapport de g/g é

31 Gain en magnitude D gainDelta télescopemag ,

32 La transmission atmosphèrique zAu zenith perte de 0,3 magnitude

33 La luminance du fond de ciel zla haute atmosphère zla lumière Zodiacale zla Voie Lactée zle fond intergalactique

34 L atlas mondial de la brillance du ciel de P. Cinzano

35 La carte du fond de ciel modélisé depuis les mesures de DMSP zDomaine de radiance depuis jusqu à W.cm -2.sr -1.µm -1 zà 550nm W.lm -1

36 Sensibilité spectrale du récepteur

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39 Code des couleurs

40 Loi sur le fond de ciel zLe fond zLa fluctuation du fond zLe rapport signal sur bruit.

41 Bibliographie zY. Le Grand: Optique physiologique, Masson 1972 zSmith: Modern Optical Engineering, Mc Graw Hill zHandbook of Optics, OSA zP. Cinzano et al: The artificial night sky brightness mapped from DMSP satellite Operational Linescan System measurement


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