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1. (WO2008040875) DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A LIGHT SIGNAL ADDITIVE TO SUNLIGHT
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«Dispositif et procédé pour déterminer un signal lumineux additif à de la
lumière solaire»

Domaine technique
La présente invention concerne un procédé pour déterminer un signal lumineux additif à de la lumière solaire. Elle concerne aussi un dispositif mettant en œuvre ce procédé.
Un tel procédé permet de déterminer, à partir de la lumière solaire réfléchie par une surface quelconque, un signal additif à la lumière solaire pour certaines longueurs d'onde. Ce procédé peut être utilisé dans des domaines d'application très variés, comme par exemple la mesure de la fluorescence de la chlorophylle sur une feuille en conditions naturelles de fonctionnement, ou bien encore pour isoler le signal d'une diode électroluminescente en plein jour.
Etat de la technique antérieure
II existe, dans un spectre d'intensité de la lumière solaire en fonction de la longueur d'onde de la lumière solaire, des raies sombres liées à l'absorption de composés atmosphériques. Une telle raie possède une largeur qui définit un intervalle de longueurs d'onde de la raie. Certaines de ces raies sombres ont été identifiées par Fraunhofer (comme par exemple les bandes A et F de Fraunhofer). Dans la suite de ce document, nous appellerons les raies sombres des « raies atmosphériques ».
On connaît, par l'article de Moya et al. intitulé M new instrument for passive remote sensing 1. Measurements of sunlight-induced chlorophyll fluorescence" , paru dans la revue « Remote sensing of Environment » en 2004 (volume 91, pages 186 à 197), une méthode pour déterminer la fluorescence de la chlorophylle d'un végétal éclairé par de la lumière solaire. La méthode comprend une mesure d'une intensité de la raie atmosphérique de l'oxygène centrée sur 760 nanomètres sur de la lumière solaire servant de référence blanche et dénuée de signal de fluorescence, et sur de la lumière solaire réfléchie par le végétal.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif pour déterminer un signal lumineux additif à de la lumière solaire réfléchie par un objet, et ne nécessitant pas : de mesure de référence du spectre d'intensité de la lumière solaire sans signal additif, ou
de mesure du spectre de réflectance de l'objet.

Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un procédé pour déterminer un signal lumineux additif à de la lumière solaire ayant traversé une atmosphère, comprenant :

- une collection de lumière en provenance d'un objet, la lumière collectée comprenant de la lumière solaire réfléchie par l'objet, et un signal lumineux additif,
une mesure, pour au moins une première et une deuxième raie d'absorption atmosphérique, d'un signal qui dépend d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde de la raie,
- une détermination, à partir des signaux mesurés, d'un signal qui dépend d'une intensité du signal additif à une longueur d'onde de la première raie.
Ainsi, un procédé selon l'invention permet de déterminer un signal additif à de la lumière solaire au voisinage d'une raie atmosphérique, sans avoir à collecter et à faire des mesures sur de la lumière solaire dénuée de signal additif au voisinage de ladite raie atmosphérique. Un signal mesuré qui dépend d'une intensité à une longueur d'onde de Ia lumière collectée peut être exprimé en Watt, en Watt par centimètre carré, mais aussi en Volt par exemple en sortie d'une photodiode.
Un des signaux mesurés peut par exemple dépendre proportionnellement d'une intensité à une longueur d'onde de la lumière collectée. De même, le signal déterminé peut dépendre proportionnellement de l'intensité du signal additif à une longueur d'onde donnée.
De manière préférentielle, la dépendance entre un des signaux mesurés et l'intensité dont il dépend est sensiblement la même pour tous les signaux mesurés. La dépendance peut par exemple suivre une même loi quadratique ou proportionnelle pour tous les signaux mesurés.
De manière préférentielle, l'intensité du signal additif est non négligeable par rapport à l'intensité de la lumière solaire réfléchie pour des longueurs d'onde situées au voisinage de la première raie, et l'intensité du signal additif est sensiblement négligeable par rapport à l'intensité de la lumière solaire réfléchie pour des longueurs d'onde situées au voisinage de la deuxième raie.
Les mesures peuvent comprendre pour chaque raie i*
- une mesure d'un signal qui dépend d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde sensiblement centrale de la raie,
- une mesure d'un signal qui dépend d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde située sur un des bords de la raie.
La détermination peut comprendre une mise en oeuvre d'un algorithme de détermination du signal additif, ledit algorithme comprenant comme variables d'entrée les signaux mesurés.
L'algorithme peut implémenter une formule dans laquelle une profondeur de la première raie sur un spectre d'intensité de la lumière solaire est exprimée comme une fonction de profondeurs d'autres raies sur un spectre d'intensité de la lumière collectée.
L'algorithme peut utiliser des paramètres qui dépendent d'une concentration dans l'atmosphère de composants à l'origine d'une des raies atmosphériques, et/ou du coefficient d'extinction molaire d'un de ces composants à une longueur d'onde voisine d'une de ces raies, et/ou de la transmittance de l'atmosphère à une longueur d'onde voisine d'une de ces raies.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre un étalonnage ou un réglage de paramètres de l'algorithme.
L'algorithme peut être mis en œuvre en implémentant sensiblement la formule :



Sa0,t) étant le signal déterminé qui dépend de l'intensité du signal additif à une longueur d'onde I0 et au temps t ; la première et deuxième raie étant centrée respectivement sur la longueur d'onde λ0 et X1 ; X0 et /L1+ étant des longueurs d'onde situées sur un des bords respectivement de la première et deuxième raie ; A1" et X0 étant des longueurs d'onde situées sur l'autre bord - A - respectivement de la première et deuxième raie ; S[X0 , t), S(X0+JJr
S[X1 J), S[Xf , t), et S(KJ) étant des signaux mesurés qui dépendent de l'intensité de la lumière collectée au temps t et respectivement à la longueur d'onde X0 , X+ , X0 , Xx , Xf et K ;
S* (Xoj) étant défini par S' (X0J) = S(X0+J) ou S' (X0J) = S(X0 J) ou

S* β0 J) = S(X0+ , t) +^h. (S(XlJ) - S(X0 , t))
A0 - A0
Is(X0J) étant défini par Is(X0J) = A Is(XxJf où A et B sont des paramètres
(Xl -X^)S(XxJ)
variables, et Is(X1J) est défini par Is(XxJ) =~
(K - XX )S(KJ) - (K - XX )S(KJ)

ou Is

Les raies atmosphériques peuvent être dues à l'absorption de composés atmosphériques identiques.
La première raie peut consister en la raie de l'oxygène centrée sur 760 nanomètres.
La deuxième raie peut consister en la raie de l'oxygène centrée sur

1270 nanomètres.
Le signal additif peut consister en un signal lumineux émis par l'objet. En particulier, il peut consister en un signal de fluorescence émis par l'objet en réponse à la lumière solaire réfléchie.

Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif pour déterminer un signal lumineux additif à de la lumière solaire ayant traversé une atmosphère, comprenant :
des moyens pour collecter de la lumière en provenance d'un objet, la lumière collectée comprenant de la lumière solaire réfléchie par l'objet, et un signal lumineux additif,
- des moyens pour mesurer, pour au moins une première et une deuxième raie d'absorption atmosphérique, un signal qui dépend d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde de la raie,
- des moyens pour déterminer, à partir des signaux mesurés, un signal qui dépend d'une intensité du signal additif à une longueur d'onde de la première raie.
Un dispositif selon l'invention permet de déterminer un signal additif à de la lumière solaire au voisinage d'une raie atmosphérique, sans avoir à collecter et à faire des mesures sur de la lumière solaire dénuée de signal additif au voisinage de ladite raie atmosphérique.
De manière préférentielle, le dispositif selon l'invention est agencé pour que la dépendance entre un des signaux mesurés et l'intensité dont il dépend est sensiblement la même pour tous les signaux mesurés.
De manière préférentielle, les moyens de détermination sont prévus pour une intensité du signal additif non négligeable par rapport à l'intensité de la lumière solaire réfléchie pour des longueurs d'onde situées au voisinage de la première raie, et sont prévus pour une intensité du signal additif sensiblement négligeable par rapport à l'intensité de la lumière solaire réfléchie pour des longueurs d'onde situées au voisinage de la seconde raie.
Les moyens de collection comprennent typiquement une lentille achromatique, ou un montage type Cassegrain comprenant deux réflecteurs paraboliques.
Les moyens de mesure peuvent comprendre pour chaque raie :
- des moyens pour mesurer un signal qui dépend d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde sensiblement centrale de la raie,

- des moyens pour mesurer un signal qui dépend d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde située sur un des bords de la raie.

Les moyens de mesure peuvent comprendre une photodiode,^ une barrette de photodiodes ou un capteur CCD. Les photodiodes sont de préférences des photodiodes Indium Gallium Arsenide (InGaAs) ou silicium. Ce type" de photodiode a pour avantage de couvrir un grand intervalle de longueur d'onde. Pour les photodiodes en silicium, cet intervalle s'é,tend typiquement de 300 à 1100 nanomètres. Pour les photodiodes InGaAs, cet intervalle s'étend typiquement de 900 à 1700 nanomètres, et même jusqu'à 2500 nanomètres si elles sont refroidies. Ainsi, un même type de photodiode peut mesurer des signaux qui dépendent d'intensités de la lumière collectée à des longueurs d'onde de raies atmosphériques espacées de plusieurs centaines de nanomètres. Dans .un mode de réalisation dans lequel les moyens de mesure génèrent pour chaque mesure un signal électrique qui dépend d'une intensité de la lumière collectée, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens pour mettre en forme chaque signal électrique, notamment des moyens pour amplifier et filtrer chaque signal électrique, et des moyens pour numériser chacun des signaux électriques.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens pour séparer des longueurs d'onde de la lumière collectée. Le dispositif selon l'invention peut comprendre au moins un filtre ne laissant passer sensiblement qu'une longueur d'onde de la lumière collectée, et/ou au moins un réseau de diffraction pour séparer les longueurs d'onde au voisinage d'une des raies atmosphériques. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre un toron de fibres optiques, les moyens de collection dirigeant vers une première extrémité du toron la lumière collectée, l'autre extrémité du toron se subdivisant en plusieurs sous-ensembles de fibres reliés optiquement chacun à un capteur de lumière.
Les moyens de détermination peuvent comprendre des moyens pour mettre en œuvre un algorithme de détermination du signal additif, ledit algorithme comprenant comme variables d'entrée les signaux mesurés. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens pour étalonner ou pour régler des paramètres de l'algorithme. Pour mettre en œuvre l'algorithme de détermination, les moyens de détermination peuvent comprendre un microprocesseur, un micro-ordinateur, ou des moyens pour mettre en œuvre une table de calcul.
Les moyens de mesure peuvent être agencés pour mesurer, pour plus d'une raie au voisinage de laquelle une intensité d'un signal additif est non négligeable par rapport à l'intensité de la lumière solaire réfléchie, un signal qui dépend de l'intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde de la 'raie. Un dispositif selon l'invention peut alors -comprendre en outre des moyens pour déterminer plusieurs signaux qui dépendent chacun d'une intensité d'un signal additif à une longueur d'onde différente. Dans un exemple de dispositif selon l'invention appliqué à des mesures de fluorescence, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens pour déterminer des signaux qui dépendent chacun soit de l'intensité de la fluorescence d'une molécule différente comme la chlorophylle ou un poly phénol, soit de l'intensité de la fluorescence d'une même molécule à une longueur d'onde différente. Des rapports entre des signaux déterminés peuvent permettre par exemple de caractériser l'activité photosynthétique ou le stress hydrique d'un système végétal. Par exemple, la détermination de la fluorescence de la chlorophylle à plusieurs longueurs d'onde (notamment dans le bleu/vert et le proche infrarouge) permet de dresser une carte à distance de l'activité photosynthétique de végétaux. L'unité des signaux déterminés importe peu, car les caractérisations dépendent en général de rapports entre signaux. Le dispositif selon l'invention peut comprendre une unité pour traiter des signaux déterminés et pour effectuer de telles caractérisations.
Un dispositif selon l'invention peut être agencé pour mesurer des signaux en étant en contact avec l'objet. Il peut par exemple comprendre des moyens pour pincer l'objet. Le dispositif selon l'invention peut aussi être agencé pour mesurer des signaux à distance. Il peut par exemple se présenter sous la forme d'un dispositif portatif à pointer à quelques centimètres de l'objet, sous la forme d'un dispositif embarqué sur un outil agricole ou bien encore sous la forme d'un dispositif embarqué dans un avion ou un satellite de télédétection.
Le domaine de l'invention n'est pas limité à la détermination de signaux de fluorescence. On peut par exemple utiliser un dispositif ou procédé selon l'invention pour évaluer la luminosité d'un afficheur ou d'une diode en plein soleil.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- la figure 1 illustre'une vue schématique de profil d'un premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention, orienté vers une feuille, - la figure 2 illustre, sur un intervalle de longueurs d'onde comprenant une première raie atmosphérique, un spectre d'intensité de lumière solaire qui a traversé l'atmosphère terrestre mais n'a pas été réfléchie par la feuille,
la figure 3 illustre, sur un intervalle de longueurs d'onde comprenant la première raie atmosphérique, un spectre d'intensité de lumière collectée par le dispositif selon l'invention,
- la figure 4 illustre, sur un intervalle de longueurs d'onde comprenant une seconde raie atmosphérique, un spectre d'intensité de la lumière collectée par le dispositif selon l'invention,
- la figure 5 illustre une vue schématique de profil d'un deuxième mode de réalisation de dispositif selon l'invention
On va décrire, en référence aux figures 1 à 4, un premier mode de réalisation de dispositif 1 selon l'invention mettant en œuvre un procédé selon l'invention. Le dispositif 1 selon l'invention comprend un système optique 2 pour collecter de la lumière 5, 6. Le système optique comprend notamment une lentille achromatique 3.
Pour illustrer le fonctionnement du dispositif selon l'invention 1, on se place dans le cas où le dispositif 1 collecte de la lumière en provenance d'une feuille 4. La lumière collectée comprend de la lumière solaire 5 réfléchie par la surface de la feuille 4, et un signal additif de fluorescence 6 émis par la feuille suite à une absorption d'une partie de la lumière solaire 13 incidente sur la feuille.
Le dispositif 1 selon l'invention comprend en outre des moyens pour séparer des longueurs d'onde de la lumière collectée, comprenant un toron 7 de fibres optiques et des filtres interférentiels 9. La lentille 3 dirige la - lumière collectée en entrée du toron de fibres optiques 7. A l'autre extrémité des fibres, le toron de fibres 7 se subdivise en plusieurs sous- ensembles de fibres 8. La sortie de chaque sous-ensemble de' fibres est couplée à un filtre 9 qui sélectionne sensiblement une longueur d'pnde de la lumière qui est collectée par le système optique et transportée le long du •sous-ensemble de fibres.
Le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens pour mesurer plusieurs signaux qui dépendent chacun d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde différente. Chaque filtre interférentiel est couplé à une photodiode 10 qui capte la lumière sélectionnée par le filtre. La lumière reçue par chacune des photodiodes est convertie en un signal électrique qui» dépend de façon proportionnelle à l'intensité de la lumière collectée à la longueur d'onde sélectionnée par le filtre couplé à la photodiode.
Les signaux électriques sont généralement de faible niveau en sortie des photodiodes. Les signaux sont traités par une carte électronique 11 qui comprend :
- une unité de mise en forme des signaux, qui amplifie et filtre chaque signal électrique,
- un convertisseur analogique/numérique, qui convertit en signal numérique chaque signal électrique.
Le dispositif selon l'invention peut ainsi mesurer sur la lumière collectée des signaux qui dépendent de l'intensité de la lumière collectée au voisinage d'une longueur d'onde d'une première raie atmosphérique ou au voisinage d'une longueur d'onde d'une deuxième raie atmosphérique. La subdivision de la lumière collectée dans les sous-ensembles de fibres, les coefficients de transmission des fibres optiques et des filtres, et les réponses des photodiodes sont tels que les signaux mesurés dépendent tous d'une intensité de la lumière collectée selon sensiblement un même coefficient de proportionnalité. En particulier, le premier mode de réalisation comprend suffisamment de photodiodes pour mesurer :
- un signal S[X0 J) qui dépend de l'intensité de la lumière collectée sensiblement à une longueur d'onde A0 centrale d'une première raie atmosphérique,
- un signal
qui dépend de l'intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde respectivement AJ" ou A0" située sur un des bords de la première raie, '
- un signal S[X1 Jj qui dépend de l'intensité de la lumière collectée sensiblement à une longueur d'onde A1 centrale d'une deuxième raie atmosphérique, et - Un signal S[λf,t) ou S[λ[,t) qui dépend de l'intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde respectivement /L1+ ou /I1" située sur un des bords de la deuxième raie.
Le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens pour déterminer le signal additif 6 au voisinage de la première raie, dans l'hypothèse où au voisinage de la première raie l'intensité du signal de fluorescence additif n'est pas négligeable par rapport à l'intensité de la lumière solaire réfléchie, et dans l'hypothèse où au voisinage de la deuxième raie l'intensité du signal de fluorescence additif est négligeable par rapport à l'intensité de la lumière solaire réfléchie. Les mesures de signaux au voisinage de la deuxième raie servent de mesures de référence, et remplacent des mesures de référence sur de la lumière solaire collectée sans signal additif au voisinage de la première raie. La carte électronique 11 comprend en outre une unité de traitement des signaux numériques qui met en oeuvre un algorithme pour déterminer le signal additif 6 à partir des signaux mesurés.
Le signal additif peut être déterminé de façon ponctuelle dans le temps, ou de manière continue. Un écran de visualisation 12 affiche le signal additif déterminé, ou l'évolution temporelle du signal additif déterminé.
On va maintenant expliquer l'algorithme de détermination mis en œuvre par le dispositif selon l'invention.
Notations
On pose:
- A0 la longueur d'onde centrale 19 de la première raie atmosphérique, au voisinage de laquelle on se propose de déterminer un signal S0(A0J) qui -dépend de l'intensité du signal additif 6 à la longueur d'onde ?^ ,

- /I+ une longueur d'onde supérieure à )^ et située sur un des bords 22 de la première raie,
- λ~ une longueur d'onde inférieure à /I0 et située sur l'autre bord 21 de la première raie, - λi2,...,Xn les longueurs d'onde centrales de n raies atmosphériques (parmi lesquelles la deuxième raie, X1 étant la longueur d'onde centrale 20 de la deuxième raie), libres de tout signal additif sur le spectre de la lumière collectée, c'est à dire affectées uniquement par des phénomènes d'absorption multiplicatifs,
- Xf une longueur d'onde supérieure à X1 et située sur un des bords 24 de la première raie, et
- A1" une longueur d'onde inférieure à X1 et située sur l'autre bord 23 de la première raie.
- s{x ,t) un signal mesuré par le dispositif selon l'invention et qui dépend de l'intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde λ et au temps t ,

- S [X ,t) le signal s[x ,t)qu\ dépend de l'intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde X et au temps t et qui serait mesuré par le dispositif selon l'invention en absence de raie atmosphérique,
- b l'intensité de la lumière solaire 13 à la longueur d'onde A0 , avant que la lumière solaire soit réfléchie par la feuille 4,
- a l'intensité théorique de la lumière solaire 13 à la longueur d'onde en absence de raie atmosphérique, avant que la lumière solaire soit réfléchie par la feuille 4, et
- SJX ,t) un signal qui dépend de l'intensité du signal additif 6 à la longueur d'onde X et au temps t.
Indice d'insolation
On définit l'indice d'insolation Is(X1, t) d'une raie atmosphérique centrée sur une longueur d'onde λ, comme l'intensité à la longueur d'onde λ, d'un signal de lumière solaire dénué de signal additif à la longueur d'onde λ,, divisée par l'intensité théorique du signal à la longueur d'onde λ, en absence de raie atmosphérique.
La figure 2 illustre le spectre d'intensité de la lumière solaire avant qu'elle soit réfléchie par la feuille 4, sur un intervalle de longueurs d'onde comprenant la première raie atmosphérique. Comme illustré sur la figure 2 l'indice d'insolation de la première raie est égal à :

Is(X0J) = - a t
La figure 4 illustre le spectre d'intensité S de la lumière collectée, sur un intervalle de longueurs d'onde comprenant la deuxième raie atmosphérique centrée sur la longueur d'onde Xx . Le signal additif 6 est supposé négligeable par rapport à la lumière solaire 5 au voisinage de la deuxième raie. Comme illustré sur la figure 4, l'indice d'insolation de la deuxième raie est égal à :
isM = WîJ. et, de même, Is(X2J) = L, ..., is(Xnit) = ^β^L
^ S-(X1J) Ï > J S-(X2J) ' [ n ' J S'(Xn,t)
Comme illustré sur les figures 2 et 4, l'indice d'insolation d'une raie dénuée de signal additif est représentatif de la profondeur 25, 26 de cette raie.
L'indice d'insolation Is(X1J) peut être estimé comme la transmittance de l'atmosphère à la longueur d'onde λ,.
Is(X1J) = T0(X1J)
La loi de Beer-Lambert sur les transmittances donne :



avec Q(t) la concentration du composé j de l'atmosphère au temps t, ε^λ) le coefficient d'extinction molaire du composé j de l'atmosphère à la longueur d'onde λ, et L(t) la longueur du chemin parcouru dans l'atmosphère par le signal lumineux au temps t.
Donc :



On peut tenir compte d'éventuels effets d'absorption atmosphérique non linéaires en longueur d'onde par le composé j en introduisant un paramètre α.jι) variant avec λ, et tel que :

Lien entre les indices d'insolation des différentes raies
On peut estimer l'indice d'insolation Is(X0J) comme une fonction F des indices d'insolation des raies centrées SUrA1, A2,.., A11 :
Is(X0 , t) = F(Is(X1 , t), Is(X2 , t),..., Is(Xn , t))
Par exemple, dans le cas où la première raie centrée sur λ0 est due à l'absorption d'un premier composé atmosphérique X, et où la deuxième raie centrée sur λi est due à l'absorption d'un deuxième composé atmosphérique Y :

Is(I0 , t) ≈ Is(Ix J) ^M2? (')
Ou encore :



Estimation de S*U, j)
On pose, pour une raie centrée sur A1 :

- A;+ une longueur d'onde supérieure à A1 et située sur un des bords de la cette raie,
- λ~ une longueur d'onde inférieure à A1 et située sur l'autre bord de la cette raie.
S*(X,j) peut être estimé de différentes manières dont voici trois exemples qui dépendent des mesures disponibles:
a/ en assimilant le spectre entre A1" et A1+ à une droite, ce qui donne : '

s*(xι,t)=s(x;,t)+^f^/s(x;,t)-s(x;j))
A1 - A1
soit, finalement : (λ; -λ;).S(λ,,t)
IsM = - a; -xt).s(x;,t)-(x; -λ,).s(λ;,t)
Ce exemple d'estimation de S"{X,,i) est illustré sur les figures 3 et 4 respectivement pour X1 = A0 et X1 = A1 .
b/ en estimant S*(Xl tt) égal au signal mesuré en X* , ce qui donne :



soit, finalement :
Is(λ t)=^M.
1 S(X, t)
- c/ en estimant S'faj) égal au signal mesuré en λ~ , ce qui donne :



soit, finalement :

S(X;, t)
Calcul du signal additif
La lumière collectée par le dispositif selon l'invention est la somme de la réflexion de la lumière solaire 5 et du signal additif 6. Autrement dit : ls*(X0,t) = R(X0,t).a + Sa(X0,t)
[S(X0,t) = R(X0,t).b + Saβ0,t)
Où R(X0J) est la réflectance de l'objet à la longueur d'onde X0 et au temps t. En en déduit :



Où :

Is(X0,t) = - a
est l'indice d'insolation de la première raie.

Algorithme mis en oeuyre
Le dispositif selon l'invention détermine au temps t un signal Sa(X0,t) qui dépend de l'intensité du signal additif 6 au voisinage de la première raie en mettant en oeuvre un algorithme de calcul dont les variables d'entrées sont :
- un signal mesuré S(λo,t) qui dépend de l'intensité de la lumière collectée par le dispositif selon l'invention sensiblement à la longueur d'onde centrale A0 de la première raie et au temps t ,
- un signal mesuré S[XQ , t) ou 5(/I0", r) qui dépend de l'intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde située sur un des bords de la première raie,
- l'indice d'insolation de la première raie, exprimé comme une fonction F d'autres signaux mesurés qui dépendent d'intensités de la lumière collectée à des longueurs d'onde d'autres raies atmosphériques, c'est-à- dire exprimé comme une fonction F des indices d'insolation de ces autres raies.
Le dispositif comprend des moyens pour étalonner ou régler des paramètres de l'algorithme, et en particulier de paramètres de la fonction F.

L'étalonnage peut être effectué par des moyens de réglage manuel, ou par des moyens d'étalonnage par apprentissage. L'algorithme peut aussi utiliser des paramètres d'étalonnage pour déterminer la valeur de l'intensité du signal additif au voisinage de la première raie. Ces paramètres d'étalonnage peuvent par exemple prendre en compte la répartition de la lumière collectée dans les fibres optiques, les coefficients de transmission des fibres optiques et des filtres, et les réponses des photodiodes.

Une première variante du premier mode de réalisation comprend six filtres ne transmettant sensiblement que la longueur d'onde respectivement A0 = 760 nanomètres, A0+= 770 nanomètres, A0 = 750 nanomètres, A1 = 1267 nano mètres, A1+= 1276 nanomètres, A1"= 1245 nanomètres et couplés chacun à une photodiode pour mesurer respectivement S[X0 , t),
SyX1 ,t),


La première raie centrée sur 760 nanomètres et la deuxième raie centrée sur 1270 nanomètres sont des raies d'absorption de l'oxygène de l'atmosphère. La mise en oeuvre de l'algorithme pour déterminer le signal S0(A0J) au voisinage de la première raie comprend une implémentation de la formule :
^ _ S(X0J) -S* (X0J)Js(X0J)
1 -Is(X0J)
S*(Xoj) étant défini par :

s'(Xoj) = S(X0+, t) + ^^.(S(X0+, t) - S(χ- J))
X0 - X0
Is(X0J) étant défini par la formule suivante reliant la profondeur 25 de la première raie sur un spectre d'intensité de la lumière solaire à la profondeur 26 de la deuxième raie sur un spectre d'intensité de la lumière collectée:

Is(X0J)
où A est un paramètre réglable pour tenir compte d'éventuels effets d'absorption atmosphérique non linéaires en longueur d'onde par l'oxygène, εox(X0) et B0x(X1) sont les coefficients d'extinction molaire de l'oxygène à la longueur d'onde respectivement λo et λi, et Is(X1J) est défini par :



Une deuxième variante du premier mode de réalisation comprend quatre filtres ne transmettant sensiblement que la longueur d'onde respectivement X0 = 760 nanomètres, ^ = 1267 nanomètres, une


= 1276 nanomètres et
1245 nanomètres. Chaque filtre est couplé à une photodiode pour mesurer respectivement S[X0 J), S[X1 j), un parmi S[X0 j)

> et SyJ0 , t), et un parmi S[K j) et S[K j). La mise en oeuvre de l'algorithme pour déterminer le signal SJX0J) comprend une implémentation de la formule :
^ _ S(X0J) - S' (^J)Js(X0J)
X -Is(X0J)
étant défini par :

S'(λo,t) = S(λQ+,t) ou S'(λo,t) = S(λ-,t)
Is(X0J) étant défini par :
εox (^o )
Is(X0, t) = A Is(X1J) ox V^' où A est un paramètre réglable pour tenir compte d'éventuels effets d'absorption atmosphérique non linéaires en longueur d'onde par l'oxygène, εox(XQ) et S0x(X1) sont les coefficients d'extinction molaire de l'oxygène à la longueur d'onde respectivement λo et λ1; et Is(X1J) est défini par :


On va maintenant décrire, en référence à la figure 5, un deuxième mode de réalisation 18 de dispositif selon l'invention. Ce deuxième mode de réalisation ne sera décrit que pour ses différences par rapport au premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4.
Dans le deuxième mode de réalisation, les photodiodes sont remplacées par des capteurs 15, 17 comprenant plusieurs cellules sensibles, comme des caméras CCD ou des lignes de photodiodes. Les filtres interférentiels sont remplacés par des composants 14, 16, chaque composant étant capable de séparer les longueurs d'onde de la lumière collectée au voisinage- d'une raie atmosphérique, et étant associé à un des capteurs. Un premier réseau de diffraction 14 sépare les longueurs d'onde au voisinage de la première raie atmosphérique centrée sur λo=76O nanomètres. Un deuxième réseau de diffraction 16 sépare les longueurs d'onde au voisinage de la deuxième raie atmosphérique centrée sur λ1=1270 nanomètres. La sortie de chaque sous-ensemble de fibres est couplée avec un des réseaux dé diffraction. La lumière diffractée respectivement par le premier 14 et ^deuxième 16 réseau est captée respectivement par un premier 15 et deuxième 17 capteur.
Dans une première variante', le premier capteur mesure S[I0 , t), s{λo ,t), et sfaj), et le deuxième capteur mesure s(?Λ ,t), s(Kj), et S[KJ) - L'algorithme mis en œuvre pour déterminer le signal additif 6 est similaire à celui mis en oeuvre par la première variante du premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention.
Dans une deuxième variante, le premier capteur mesure S[X0 , t) et un parmi S[X0+J) et S[XQ , t). Le deuxième capteur mesure S[X1 J) et un parmi" S[Xf, t) et s{λ[, t). L'algorithme mis en œuvre pour déterminer le signal additif 6 est similaire à celui mis en oeuvre par la deuxième variante du premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Par exemple, un dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens pour déterminer des signaux additifs à des longueurs d'onde de différentes raies atmosphériques.
De plus, un dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens pour mesurer, pour plus de deux raies atmosphériques, un signal qui dépend d'une intensité de la lumière collectée à une longueur d'onde de la raie, et/ou des moyens pour mesurer plus de trois signaux par raie. Plus le nombre de signaux mesurés est grand, plus l'algorithme mis en œuvre pour déterminer un signal additif peut être précis.