MER :
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Technique
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Dans cette partie, nous allons voir quelles sont les techniques employées par les rovers pour prendre des images.
Aussi, il est essentiel de comprendre comment fonctionne une caméra CCD, quels sont les composants des rovers qui sont attribués à l'imagerie et comment sont transmises ces images.
Voici le plan de la page (vous pouvez cliquer sur la rubrique si vous voulez aller plus vite) :
- LES CAMERAS DE MARS EXPLORATION ROVER -
-Caméras de détection des dangers
-Caméras de Navigation
2-
Caméra "couleur" ;
3 -
Caméra microscopique.
-
TRANSMISSION DES IMAGES -
D'un point de vue optique, une caméra CCD fonctionne comme une caméra analogique : un jeu de lentilles font parvenir la lumière sur un support qui va la capturer.
Ce
support peut-être une
pellicule ou une CCD.
CCD
signifie en anglais
"Charged Couple Device". C'est un support qui consiste en un
réseau de cellules photosensibles. Chaque cellule
représente un pixel.
Chaque
pixel possède un
signal qui lui est propre et tous ne recevrons pas la même
quantité de lumière. Ainsi, lorsqu'une image se projetera
sur la CCD, chaque pixel enregistrera une certaine intensité de
lumière qui se traduira par une charge électrique plus ou
moins importante.
Ensuite,
à la sortie,
chaque charge électrique de chaque pixel sera traduit sous forme
d'image. Cette image sera constituée en attribuant à
chaque pixel un niveau de gris. A la fin de ce processus, on obtiendra
alors une image brute en niveaux de gris.
A
partir de ceci, on imagine
facilement que, plus une CCD contiendra de pixels pour une surface
identique, plus la résolution sera élevée.
Comme
ceci :
Crédits : NASA/JPL
Pour les Mars Exploration Rover, une CCD ne diffère pas trop de ce que je viens de présenter au dessus, mis à part quelques détails...
LES CAMERAS DE MARS EXPLORATION ROVER
Les
caméras des MER peuvent
se classer en trois catégories :
1 -
Caméras de navigation
N&B ;
2 -
Caméra "couleur" ;
3 -
Caméra
microscopique.
Nous allons
donc voir, pour chaque catégorie, les
caractéristiques de chaque caméra.
1 - Caméras de navigation noir&blanc
Elles
sont de 2 sortes : les
caméras de détection des dangers et les caméras de
navigation.
Les caméras de
détection des
dangers (ou Hazard Avoidance Camera, "Hazcam"), sont
situées à l'avant et l'arrière du rover, juste en
dessous des panneaux solaires, à une soixantaine de
centimètre du sol. Elles servent à avoir une vue sur les
obstacles qui pourraient gêner le rover dans sa route.
Celles-ci
sont conçues
simplement : une CCD N&B et un système optique large vision
qui leur procure un champ de 120°. Elles fournissent donc des
images déformées, montrant un horizon courbé,
comme ceci :
Crédits : NASA/JPL
Ces
caméras sont
groupée par 2, pour avoir ainsi une vision
stéréoscopique.
Les
caméras de navigation (ou
Navigation Camera, "Navcam") sont situées
au sommet du
mat de caméras, avec les caméras panoramiques couleur.
Crédits : NASA/JPL
La
Navcam diffère peu des
Hazcams en ce sens qu'elle aussi prend des images en N&B. Par
contre, son champ de vision est beaucoup plus restreint, de l'ordre de
35°.
Elle sert
à prendre des
images du site exploré afin de pouvoir situer le rover dans le
site d'atterrissage. Elle permet aussi de vérifier l'état
du rover (empoussièrement des panneaux solaires, position de
l'antenne haut-gain, etc...).
Il est à
noter que
toutes ces caméras sont dépourvues de filtre
colorés, ce qui ne leur permet pas prendre des images couleurs,
contrairement à la caméra suivante.
2 - Caméra haute-résolution couleur
C'est
la fameuse PANCAM (pour
PANoramic
CAMera).
Celle-ci
à la
particularité d'être équipée de filtres de
différentes couleurs, qui lui permettent de prendre des images
dans différentes longueurs d'ondes et pouvoir constiuer des
images en
couleurs.
Elle
est séparée
en deux "yeux" : un droit qui prend des images dans le domaine
invisble, à savoir infrarouge et ultraviolet ; un gauche qui
prend des images dans le domaine visible et infrarouge très
proche.
Voici
un schéma
montrant en coupe le système optique de la PANCAM :
Crédits : NASA/JPL/CORNELL
Et ici, le capteur CCD de la PANCAM :
Crédits : NASA/JPL/CORNELL
C'est une caméra plutôt réservée à la science car, en permettant de voir des variations de couleurs dans une large gamme de longueurs d'ondes allant de l'infrarouge à l'ultra-violet, elle peut nous en apprendre plus la composition des roches et aussi leur origine.
3 - La caméra microscopique (ou Microscopic Imager)
Pour
compléter la panoplie des
caméras mises à dispostion des rovers, il y a le
Microsopic Imager (MI).
C'est
une caméra
située sur le bras robot de la sonde.
Crédits : NASA/JPL
Elle
est spécialisée
dans la prise d'images microscopiques d'objets sur Mars. Elle
possède une résolution supérieure au
millimètre.
Le MI est aussi
pourvu d'un
filtre qui peut se refermer sur l'objectif de la caméra. Cela
peut permettre la prise d'images en couleurs, mais pas aussi bien
calibrées que pour la Pancam car la bande passante de ce filtre
est large : près de 200 nm.
Bien-sûr
toutes ces
images prise par les rovers doivent être renvoyées sur
Terre afin de pouvoir être retaîtées.
Une fois les images acquises, celles-ci sont enregistrées au format numérique sur le disque dur de l'ordinateur de bord de la sonde, dans l'attente d'être transmises sous forme analogique (radio) vers la Terre.
Mais ces transmissions peuvent se faire de différentes manières.
Chacun des rovers est équipés d'antennes. Il y en a trois types : une antenne ultra haute fréquence (UHF) omni-directionnelle, une antenne faible-gain omni-directionnelle et une antenne haut-gain multidirectionnelle.
l'antenne UHF
Crédits : NASA/JPL
les antennes
faible-gain et haut-gain
Crédits :
NASA/JPL
Mais les rovers ne peuvent pas transmettre leurs données n'importe où et n'importe quand, il leur faut béneficier de certaines conditions.
Ainsi, l'antenne haut-gain est exclusivment réservée aux transmission directes avec la Terre, et plus particulièrement vers les antennes du Deep Space Network (DSN), siutées aux Etats-Unis dans le Desert Mojave, en Australie à côté de Canberra et en Espagne à côté de Madrid. Donc, pour que la communication via l'antenne haut-gain aboutisse, il faut que le site d'atterrissage du rover soit "visible" depuis les différentes stations de reception du DSN.
Ensuite, pour l'antenne UHF, des liaisons sont possibles avec la Terre mais celles-ci sont faibles et ne permettent pas de transmettre des données, elle est plutôt consacrée au tout début de la mission car c'est elle qui emet le premier signal indiquant que le rover est arrivé à bon port. Mais cette antenne peut servir tout de même à transmettre des données, pas directement vers la Terre, mais par le relais de satellites, orbitant autour de Mars.
Donc, on en arrive à un deuxième mode de transmission, qui à la particularité de se faire par l'intermédiaire d'orbiteurs tels que Mars Odyssey et Mars Global Surveyor (et Mars Express dans une moindre mesure).
Les données à destination de ces sondes sont principalement transmises par l'antenne faible-gain.
Ensuite, une fois que les orbiteurs ont reçu les données, en survolant le site d'atterrissage, celles-ci sont stockées dans l'ordinateur de bord de ces sondes, avant d'être envoyées vers la Terre.
Schéma récapitulatif :
Ensuite, ces images sont captées par les antennes du DSN qui les reconvertissent en numérique d'abord codé puis décodé à l'aide d'un algorythme pour être expédiées au centre de traîtement des images du JPL où elles sont traîtées sommairement (afin d'enlever des parasites et autre artéfacts).
En même temps, le JPL publiera ces images sur Internet, où tout le monde y aura accès.
Et c'est là que nous pouvons intervenir...