Métrologie laboratoire — MRTD, bancs et mesures de performance
Comment on mesure réellement ce qu'un imager vaut : MRTD, collimateurs, corps noirs, et pourquoi les valeurs de labo diffèrent du terrain.
Mesurer, pas croire
La prédiction de portée (C2) n'est bonne que si ses entrées sont mesurées. La métrologie optronique fournit ces mesures : NETD, MRTD, MTF, uniformité, distorsion. C'est le cœur de l'activité d'un laboratoire d'évaluation (DGA MI, bancs industriels) — et un officier de marque doit savoir lire un rapport de banc et en exiger les conditions.
1. Le banc collimateur — reproduire l'infini
Un imager focalisé à l'infini ne peut pas être testé sur une mire à 2 m. Le collimateur place une mire en son foyer et produit un faisceau parallèle → l'imager voit la mire « à l'infini ».
Schéma : source corps noir → mire (trou, barres, cible) → collimateur (optique de qualité) → système testé → analyse de la réponse.
- Corps noir de référence : cavité à émissivité ~0,99, température régulée à ±10 mK, différentielle (ΔT précis face au fond). C'est l'étalon de température radiométrique.
- Mires : 4-barres (pour MRTD), trou/crosshair (PSF/MTF), fente, cibles géométriques (distorsion), USAF/tri-barres (résolution).
- Le collimateur doit être meilleur que le système testé — sa propre MTF borne la mesure ; on le caractérise séparément.
2. MRTD — la métrique spatiale de référence
Le MRTD (Minimum Resolvable Temperature Difference) est la différence de température minimale permettant de résoudre une mire à 4 barres de fréquence spatiale donnée :
$$\mathrm{MRTD}(\nu) = \Delta T_{min}(\nu)\quad \text{en fonction de la fréquence } \nu$$
Principe : on présente une mire 4-barres (fond + 4 barres à ΔT variable) ; on réduit ΔT jusqu'à ce que l'observateur ne distingue plus les 4 barres. La courbe MRTD(ν) monte avec ν : les détails fins demandent plus de contraste.
Pourquoi c'est LA métrique : le MRTD intègre simultanément la sensibilité (NETD, aux basses fréquences) et la résolution (MTF, aux hautes fréquences) — une seule courbe résume la performance spatiale. C'est la métrique normalisée des specs OTAN (STANAG 4349 pour la mesure).
- MRTD à basse fréquence → borne ≈ NETD.
- MRTD à ν_c → là où le système « meurt » spatialement.
- On lit une MRTD comme « à X cycles/mrad, il faut ΔT = Y mK pour résoudre ».
3. NETD mesuré — la version labo
On mesure le NETD en présentant un ΔT connu et en mesurant le SNR de sortie :
$$\mathrm{NETD} = \frac{\Delta T_{mesure}}{\mathrm{SNR}_{mesure}}$$
Conditions à fixer (sinon incomparable) : T_fond (souvent 300 K), F/#, temps d'intégration, bande, correction NUC appliquée ou non. Un NETD se mesure aussi par l'histogramme : σ_bruit/σ_signal × ΔT.
Piège : certains NETD « calculés » sont des valeurs après traitement de débruitage — surestiment la performance brute. Exigez le NETD avant traitement + la chaîne appliquée.
4. MTF mesurée — la courbe réelle
On obtient la MTF système par :
- Mire bord franc (edge) : la réponse à un bord (ESF) dérivée donne la LSF → TF = MTF. Méthode la plus robuste.
- Mire sinusoïdale ou barres : contraste en fonction de la fréquence → points de MTF directs.
- Source ponctuelle : la PSF → TF = OTF → |OTF| = MTF (fiche A2).
Une MTF système mesurée sur banc se compare à la MTF prédite (produit des MTF étages) — un écart révèle un problème (défaut optique, décentrage, stabilisation insuffisante).
5. Autres mesures du rapport de banc
| Mesure | Ce qu'elle vérifie |
|---|---|
| Uniformité / FPN résiduel | Qualité de la NUC après correction |
| Distorsion géométrique | Fidélité angulaire de l'image |
| FOV / IFOV réels | Conformité au nominal |
| Linéarité radiométrique | Réponse proportionnelle au flux |
| Ghosting / veille | Persistence, artefacts du traitement |
| Stabilisation (jitter) | MTF de bougé résiduel |
| Temps de réponse | Montée en régime, latence image |
6. Labo vs terrain — l'écart à anticiper
Le banc donne des valeurs propres et répétables, mais :
- Observateur : le MRTD dépend de l'observateur humain (subjectif) — les protocoles normalisent (mire, temps, formation), mais une part subjective subsiste ; certains bancs modernes objectivent via analyse d'image.
- Cible idéale : mire propre, ΔT uniforme — pas une vraie cible avec signature complexe.
- Pas d'atmosphère : le banc mesure à transmission parfaite ; le terrain ajoute τ_atm et turbulence (d'où les modèles qui réinjectent l'atmosphère — fiche C2).
- Alignement : le système testé est parfaitement monté ; en service, chocs et vibrations dégradent.
Règle : le banc établit la performance intrinsèque ; les modèles + essais terrain établissent la performance opérationnelle. Une spec exige les deux.
7. STANAG et référentiels
Les mesures sont cadrées par des référentiels OTAN (concept) :
- STANAG 4347 : définition des termes de performance des imagers thermiques (nomenclature commune).
- STANAG 4349 : mesure du MRTD.
- Autres : STANAG sur la métrologie des télémètres, des I², etc.
En France, la DGA Maîtrise de l'Information (Bruz) dispose des bancs d'évaluation optronique et des compétences de métrologie — interlocuteur technique de référence pour la STAT sur les mesures. Les industriels ont leurs propres bancs (acceptation usine) — l'enjeu de l'évaluation indépendante.
8. Ce qu'il faut retenir
- Collimateur = infini reproduit en labo ; corps noir = étalon ΔT.
- MRTD(ν) = métrique spatiale intégrale (sensibilité + résolution) — la référence OTAN.
- NETD mesuré exige conditions (T_fond, F/#, t_int) ; exiger le NETD pré-traitement.
- MTF se mesure (edge/PSF) et se compare à la prédiction.
- Labo = intrinsèque ; terrain = opérationnel ; la spec exige les deux.
Pour aller plus loin : C4 (rédaction de spécifications), D (systèmes réels évalués sur ces métriques). Exercices bloc C : lecture de courbes MRTD, calculs NETD mesuré, analyse de rapports.