Comment choisir son détecteur infrarouge

De nombreux paramètres entrent en ligne de compte quand on choisit son détecteur infrarouge. Le plus célèbre en infrarouge est le NETD. Après avoir donné une rapide définition du NETD et sa signification par rapport à l’imagerie visible, nous définierons les autres paramètres de choix qui influencent le NETD. Pour finir, nous décrirons la dynamique de scène qui est un autre paramètre crucial dans le choix du détecteur et qui est dépendant du NETD.  

1. Que signifie NETD ?

NETD est l’acronyme de Noise Equivalent Thermal Difference.

Elle est exprimée en mK (ou millièmes de °C)

C’est la plus petite différence de température détectable par un détecteur. Elle correspond à un rapport signal à bruit (S/B) de 1. C’est-à-dire que la variation de signal de sortie du détecteur pour une différence de température égale au NETD correspond au bruit du détecteur. Plus la valeur du NETD est faible, plus le détecteur est sensible.

Le NETD peut donc être compris comme un équivalent du contraste en visible. Il jouera un rôle important surtout dans les scènes présentant un faible contraste thermique ; c’est-à-dire dans laquelle tous les objets sont à peu près à la même température comme les paysages par exemple.

2. Quels sont les paramètres qui influent sur le NETD ?

Plusieurs paramètres peuvent fortement influencer la valeur du NETD. Il est important de les prendre en compte lorsque l’on compare deux détecteurs.

1. La résolution (et le pas) du détecteur et la fréquence trame

Lorsque l’on veut comparer les valeurs de NETD, il est important de le faire pour une résolution et une fréquence image données. En effet, les capteurs thermiques sont lus en mode rolling shutter, ce qui signifie que les pixels sont intégrés puis lus ligne par ligne pendant un temps donné (intégré pendant le temps d’intégration et lus pendant un temps ligne qui dépend du standard vidéo). Ce temps d’intégration est directement proportionnel au nombre de ligne et au nombre d’images réalisées chaque seconde. Le NETD dépend directement du temps d’intégration. Il faut donc faire la comparaison de NETD entre deux détecteurs  à fréquence trame et résolution /pas  identiques.

2. L’ouverture optique lors de la mesure du NETD

L’ouverture optique du système (de mesure du capteur ou de l’optique d’un module ou d’une caméra) influence le NETD au carré de sa valeur. L’ouverture optique représente la quantité de lumière qui est collectée par l’optique. Il s’exprime par le nombre d’ouverture. Ce nombre d’ouverture peut varier de 0,8 à 1,6 dans la majorité des systèmes thermiques.

Pour un détecteur seul, le NETD est généralement donné à F/1.

Dans les modules ou les caméras, le NETD sera fortement dépendant du F number. Il est lié au NETD de détecteur par NETD com = NETD detecteur x Fnumber ².

Pour un détecteur présentant un NETD < 50mK @F/1, le NETD sera de 72Mk @ F/1.2 et 32mK @ F/0.8

3. La température ambiante et la température de scène      

Le NETD est généralement donné à température ambiante pour une température de scène proche de l’ambiante (300 K).

Il est important de noter que le signal émis par une scène dépend de la température (loi de Planck) : plus la scène est chaude, plus le signal est fort. En conséquence, si la mesure du NETD d’un détecteur est faite avec des températures de scène (ou de corps noir) très supérieur à l’ambiante, la valeur de NETD sera meilleure.

Pour une mesure de NETD à 30Hz sur un QVGA à F/1 et deux corps noirs à 20 et 35°C, le NETD est de 50mK. Le même capteur mesuré sur des corps noirs de 50 et 65°C présentera un NETD de 39Mk alors que la différence de température est la même.  

4.La dynamique de scène

L’autre paramètre important dans le choix du détecteur est la dynamique de scène. Il s’agit de l’étendue des températures de scène que le détecteur peut convertir sans saturation. Pour faire un parallèle avec le visible, la dynamique de scène est équivalente à la luminosité. Quand une scène est trop sombre, les pixels sont saturés en noir ; quand la scène est trop claire, les pixels sont saturés en blanc. Il s’agit de la même chose en thermique ; Si la scène présente des étendues de températures trop importante (au-delà de la dynamique de scène), les parties trop froides seront saturées (équivalent du noir en visible) de même que les parties trop chaudes (équivalent du blanc en visible). On perd donc tous les détails dans ces zones de l’image.

Quand on compare 2 détecteurs, il est donc important de prendre également en compte la dynamique de scène, d’autant plus que celle-ci est liée au NETD. En effet, en général, plus le détecteur sera sensible (plus le NETD sera faible), plus la dynamique de scène sera faible. Pour une valeur de NETD donnée, il est donc important de connaitre la dynamique de scène associée et ceci pour toute la plage d’utilisation en température du détecteur.

En conclusion, la performance d’un capteur thermique se mesure à son NETD en s’assurant que tous les paramètres significatifs sont équivalents. Une valeur de NETD est généralement présentée comme suit pour une résolution donnée :  

            NETD < 50mK (F/1, 30Hz, 300K)

En plus du NETD, il est important de prendre en compte la dynamique de scène.

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