Etude de l’art sur l’imagerie micro-onde

L’imagerie micro-ondes, comme l’imagerie optique, obtient des images en mesurant l’influence de l’onde appliquée sur un objet. Selon le type d’ondes utilisé pour la reconstruction d’image, on à deux sorte d’images : l’image optique et l’image micro ondes. En utilisant les ondes optiques, la densité d’onde est imagée, alors que dans le cas des microondes les propriétés diélectriques sont imagés. Dans le cas d’imagerie optique, la longueur d’onde est très petite par rapport à la taille de l’objet, une hypothèse linéaire de propagation est valide. Mais, une onde électromagnétique dans le spectre micro-ondes, a une longueur d’onde dans la même gamme que la taille de l’objet. Ainsi, les effets de diffraction ne peuvent pas être négligés, comme le montre la figure (I. 1). Par exemple, pour produire une image tomographique d’un objet, un problème de diffusion inverse doit être résolu, où les propriétés diélectriques de l’objet sont déduites à partir du champ mesuré, dispersé ou rayonné par l’objet, avec un champ incident connu, comme le montre la figure (I. 1). En raison de multi-trajets, une relation non linéaire est établie entre le champ diffusé et les propriétés diélectriques de l’objet [1] . Figure I. 1 : Effet de multi-trajets de diffusion dans l’imagerie micro ondes L’imagerie micro-ondes consiste à reconstruire des objets inconnus à partir des mesures du champ dispersé ou réfléchi qui résultent de leur interaction avec une onde incidente connues. Les deux approches d’imagerie micro ondes utilisées sont : la technique Etude de l’art sur l’imagerie micro-onde Chapitre I Etude de l’art sur l’imagerie micro-onde Page 4 confocale ou radar et la tomographique micro-ondes ; pour la première technique les signaux réfléchis sont mesurés et pour la deuxième méthode c’est le cas de la tomographique microondes où les signaux diffusés qui sont mesurés. Dans les systèmes de détection ou de localisation a base d’image micro onde, on distingue généralement quatre catégories : ™ les systèmes dimension zéro (0-D), ce sont des systèmes qui ne font qu’informer de la présence d’objets ou d’individus et ne donnent ni le nombre ni la position ; ™ les systèmes dimension un (1-D), ce sont des systèmes qui en plus différencient les objets ou les individus les plus proches des plus éloignés ; ™ les systèmes dimension deux (2-D), ce sont des systèmes qui identifient la position des objets ou des individus et également leur nombre ; ™ les systèmes dimension trois (3-D), ce sont des systèmes qui identifient la position des objets ou des individus et qui en plus informent sur leur hauteur. Dans le premier chapitre, on présentera la technique d’imagerie micro ondes confocale ou radar et leur différentes approches à savoir mono, bi et multi-statiques, ainsi que les algorithmes de reconstruction et les méthodes d’imagerie micro ondes tomographique.

.Imagerie Micro ondes

Depuis les premières propositions de systèmes d’imagerie par micro-ondes [2] – [3] – [4] , l’imagerie micro-ondes a été considérée comme ayant un fort potentiel pour différentes applications. Récemment, l’imagerie micro-ondes a reçu un intérêt considérable par rapport à d’autres techniques d’imagerie. Un grand nombre d’études s’appuyer sur micro onde comme un outil puissant électromagnétiques pour récupérer les propriétés physiques et électriques des objets pénétrables et impénétrables. Les systèmes d’imagerie micro-ondes sont généralement des systèmes actifs, qui signifient que le signal d’éclairage est généré par le système de mesure. Les systèmes passifs ne sont pas largement utilisés car il n’y a qu’un faible rayonnement dans la gamme de fréquence micro ondes de la plupart des objets. Les fréquences utilisées dans l’imagerie micro-ondes actives sont comprises entre moins de 1 GHz à 40 GHz, On sait que les basses fréquences réduit l’effet du problème de la non-linéarité et la stabilisation de l’algorithme, tandis que les hautes fréquences augmente la Chapitre I Etude de l’art sur l’imagerie micro-onde Page 5 résolution de l’image. La plupart des applications fonctionnent dans la gamme de 2 GHz à 8 GHz. Cette gamme est prévue pour donner un bon compromis entre la résolution spatiale (des fréquences plus élevées) et la pénétration (basses fréquences) [1] . L’objectif de l’imagerie micro-ondes est la reconstruction d’un objet ou plus précisément, déduire les paramètres physiques d’un objet à partir de mesure des champs électromagnétiques dispersés ou réfléchi qui se produit lorsque l’objet est éclairé par une incidence micro ondes connue. Un système typique de l’imagerie active à micro-ondes est représenté sur la figure (I. 2). L’émetteur génère un signal micro-ondes (la génération du champ d’éclairage) qui sera diffusé par l’objet, le champ diffracté ou réfléchie est mesuré par les récepteurs.

Techniques d’imagerie micro-ondes confocale

L’approche générale dans de tels systèmes est de concentrer un signal micro-ondes d’éclairage à un point particulier dans le volume d’analyse, puis de recentrer le signal réfléchie vers le point d’éclairage. En balayant systématiquement le point focal dans un ensemble de voxels (un pixel en 3D) présélectionnés dans tout le volume d’objet, une image 3D peut être construite. Selon la façon dont les données sont acquises, il existe trois approches d’imagerie micro-ondes confocale (CMI) qui sont : les mono-statiques [11], bi-statiques [12] et multistatiques [13]. Dans l’approche mono-statique, l’émetteur est utilisé comme un récepteur et se déplace pour former une synthèse d’ouverture. Pour l’approche bi-statique, une antenne de transmission et une autre de réception sont utilisées. Pour multistatique CMI, une large ouverture réelle (figure I. 3) est utilisé pour la collecte des données. Chaque antenne dans le tableau se relaye pour transmettre une impulsion de sondage, et toutes les antennes (dans certains cas, tous sauf l’antenne de transmission) sont utilisées pour recevoir les signaux rétrodiffusés. Multistatique CMI peut être considérée comme un cas particulier de la large bande multi-entrées multi-sorties (MIMO) radar [14] – [15] avec les multiples formes d’ondes transmises étant soit des impulsions UWB ou des zéros.

Les algorithmes de reconstruction

Le défi à l’imagerie CMI est de concevoir des algorithmes de traitement du signal pour améliorer la résolution et de supprimer les fortes interférences. Les Algorithmes de traitement du signal peuvent être classés en deux méthodes des données dépendantes (donnéesadaptative) et des données indépendantes. Pour les mono et bi-statique à ultralarge bande CMI, les algorithmes de formation d’image sont DAS (Delay-And-Sum) [11] – [13] et le MIST (Microwave Imaging Space-Time) [16] , deux algorithmes de la méthode des données indépendantes. Par contre la méthode des données adaptatives utilise le RCB [12] (Robust Capon Beamforming) et l’APES (Amplitude and Phase EStimation) [12] algorithmes pour la formation des images. Les méthodes d’adaptation des données en général sont plus performantes que leurs homologues de données indépendantes. Pour le cas multistatique ultra-large bande CMI, les méthodes DAS [13] et RCB-adaptative [17] ont été envisagées. Il est bien connu que l’imagerie radar UWB classique ne parvient pas à atteindre la résolution désirée due à la limité d’ouverture d’antenne [18]. Cette limitation peut être surmontée en utilisant la technique de retournement temporel, car elle offre une meilleure résolution focale [18] – [19] en augmentant l’ouverture d’antenne virtuellement. La méthode de retournement temporel a été largement utilisé dans de nombreuses applications qui utilisent la propriété de recentrage pour détecter et localiser une cible au moyen de la simulation numérique ou virtuelle imagerie