Holographie: Enregistrement / Reconstruction

Enregistrement numérique

Dans un premier temps, intéressons nous à l'effet de discrétisation du support d'enregistrement pixelisé. Comme nous l'avons déjà évoqué précédemment, l'holographie numérique prend ses origines dans les années 1970, et devient réellement accessible à partir de la décennie 1990.

Le principal avantage de supports photosensibles numériques est l'acquisition rapide d'une image sans avoir à passer par un développement chimique, ce qui représente un gain de temps considérable. Un autre avantage est que ces supports sont réutilisables une fois les données stockées.

Le capteur d'images remplace maintenant le support photosensible analogique. La procédure qui consiste à enregistrer un hologramme numérique est semblable à celle de l'holographie classique, l'objet diffracte une onde qui interfére avec une onde de référence dans le plan d'enregistrement.

Cependant la discrétisation spatiale du motif enregistré et les dimensions des éléments pixels imposent quelques conditions d'enregistrement. Nous considérons que le support d'enregistrement est une matrice de pixels. L'enregistrement d'un l'hologramme sur un support numérique ne va pas seulement discrétiser ce dernier mais il intègre également le flux énergétique reçu dans le temps et dans l'espace. Quelque soit la technologie utilisée, le support d'enregistrement numérique comportera, respectivement aux directions x' et y' du plan d'enregistrement, pixels de pas . Chacun de ces pixels est de dimension .

La figure 11 illustre la matrice de pixels.


   
    Figure 11 : Schéma de principe d'un capteurs à pixels surfaciques
Figure 11 : Schéma de principe d'un capteurs à pixels surfaciques [zoom...]

Pour la technologie du capteur, on distingue principalement les capteurs CCD (charges coupled devices) et les capteurs CMOS (complementary metal-oxyde semi-conductor). Les matrices d'éléments photosensibles, appelés pixels, ont généralement une géométrie carrée. Leur taille est variable de à . La résolution spatiale de tels capteurs est donc comprise entre et , ces valeurs étant à comparer avec celle présentées dans le tableau 1 sur les matériaux d'enregistrement dits « analogiques ».

Les capteurs pixelisés présentent de loin la plus basse résolution spatiale pour l'enregistrement d'hologrammes. Le principe de fonctionnement de ces dispositifs est fondé sur l'effet photoélectrique qui assure la conversion des photons incidents en électrons avec une efficacité quantique . Le silicium est le principal matériau constituant les éléments photosensibles. Le détecteur code l'image sur un nombre de bits compris entre 8 et 16 et chaque pixel contient électrons à la saturation. La valeur de est de quelques dizaines de milliers d'électrons, typiquement de 10000 à 40000. La sensibilité moyenne de ces capteurs peut être évaluée a toute fin de comparaison avec les valeurs indiquées dans le tableau 1.

Comme les pixels ont une surface , l'exposition moyenne nécessaire pour remplir à moitié les puits quantiques, est donnée par :

est la constante de Planck et la vitesse de la lumière dans le vide

Une application numérique avec , , et donne . Les capteurs matriciels à base de silicium sont donc en moyenne plus de 10 fois plus sensibles que les support photosensibles recensés dans le tableau 1.

Du fait de l'extension spatiale des pixels, l'hologramme en un point de coordonnées peut-être écrit :

avec la fonction pixel :

La fonction pixel est paire. Le motif d'interférences enregistré par un pixel situé aux coordonnées est mathématiquement représenté par un produit de convolution de l'hologramme analogique par la fonction pixel :

L'hologramme numérique enregistré comme une image est une juxtaposition, selon les deux dimensions, de toutes les surfaces d'intégration. Cette image est mathématiquement représentée par la relation suivante :

La fonction pixel a donc un effet de lissage c'est à dire de filtrage passe bas sur l'hologramme brut.

Ainsi, l'enregistrement d'un hologramme numérique peut être qualifié d'enregistrement « basse résolution » par opposition à l'enregistrement avec des support « analogiques » de type plaques argentiques qui sont qualifiés « haute résolution ».

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