Semaine_1 Intro au Lidar Partie 1 et 2 Flashcards
(30 cards)
Cours magistral (video) partie 1
Cours magistral (video) partie 1
LIDAR: Light detection and range
-Produit:
Un nuage de points 3D avec parfois une composantes RGB pour la couleur. c’est une donné que nous allons traiter.
Rpreésentation de l’OEM (Onde électromagnétique) dans le TEMPS
dans le Graphique E= onde électromagnétique, sa “force”
-Se déplace à la vitesse de la lumière.
-Période:
T(s), temps pours compléter un cycle
ex: 2 secondes pour 1 cycle
-Fréquence:
f (Hz) = 1/T, Nombre de cycles par seconde
ex: 1/2= 0,5 cycles par secondes (ou T =2s)
-Fréquence angulaire:
w (rads/s)= 2 pi f = 2 pi/ T, Nombre de radians par secondes
(un cycle est la distance sur l’onde d’un point à exactement un autre points, ex: deux sommets)
Même principe que station totale avec exception près
- La station totale utilise un prisme qui renvoie toute l’énergie émise de la station totale
- Le lidar envoi un rayon aussi, mais celle-ci est redirigé partout. ça part dans toute les directions.
Vitesse d’une OEM dans le vide
- Mettre en relation la longueur d’onde avec la fréquence et la vitesse de déplacement, avec les formules
- Dans le vide, la vitesse de phase d’une onde électromagnétique est égale à une constance (C) qui est connu sous le nom de VITESSE (OU CÉLÉRITÉ) DE LA LUMIÈRE.
- La définition du mètre dans le Système International (SI) est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1 / 299 792 458 secondes
La vitesse de la lumière dans le vide est égale à 299 792 458 mètres par secondes exactement
donc: C= 299 792 458 m/s
-Vitesse de phase (v) en m/s:
v = delta_x / delta_t
v = lambda / T
v = lambda (1/T)
v = lambda f
v = f lambda
v = 2pif lambda / 2pi
v= 2pif / (2pi / lambda)
le spectre électromagnétique
la partie visible est dans le nanomètre 10^-9 m
bleu= 400
rouge= 700
la façon dont on découpe les photons en fonction de leur fréquence ou longueur d’onde.
leur longueur d’onde est inversement proportionnelle à leur fréquence (plus leur longueur d’onde est petite plus la fréquence est élevé= vitesse oscillation/ vibration du photon rapide, bleu, plus la longueur d’onde est grande plus la fréquence est petite, rouge,)
dans la zone rouge (plus bas que rouge) on y retrouve les onde de micro-ondes, qui sont de l’ordre de 1 cm, le grillage est plus petit, ce qui empêche les ondes de sortir.
N’importe quel objet à une température donnée au dessus du zero absolu va émettre de l’énergie, et cette énergie est fonction de sa température.
Émission lumineuse pour un objet donné à une température donnée (standard)…mais ce n’est pas ce qui se produit pour les lasers que nous allons voir.
Émission d’énergie électromagnétique
- Toute substance chaude émet de l’énergie électromagnétique.
- Plus sa température est élevée, plus les niveaux énergétiques des photons émis sont élevés.
- Pensez à l’expression “ Marquer au fer rouge” Le fer est rouge parce qu’il est chauffé à une température pour laquelle le maximum d’émission est autour de 700 nm. Si le fer est chauffé davantage, il devient jaune, puis blanc.
- L’émission de la lumière laser s’opère différemment, mais l’interaction des photons émis obéit aux mêmes règles.
Émission-absorption d’énergie électromagnétique
les électrons des atomes du verres n’arrivent pas à faire de sauts énergétiques qui correspondent à des ondes du visible.
par contre le verre est vrmt bon pour absorber et émettre des longueur d’onde dans l’infrarouge. ce phénomène est à la base de l’effet de serre
- Si on chauffe du verre, devient-il rouge?
Non, les atomes de verres n’ont pas de sauts entre des états quantiques (différence d’énergie entre un état interne inférieur et supérieur) correspondant au niveau d’énergie (h * v) de la lumière visible. - Par contre, le verre est bien meilleur émetteur-absorbeur d’infrarouge que le fer.
- Cette propriété des atomes et molécules est importante pour comprendre le rôle de l’atmosphère et de l’effet de serre dans le réchauffement climatique,
Planck’s Law
dans une petite serre, la lumière du soleil va passer, les plantes vont l’absorber et la faire rebondir de nouveau vers le verre, le verre va absorber l’infrarouge et la rediriger vers l’intérieur de la serre.
Cours magistral partie 2
Cours magistral partie 2
Composantes du spectre visible:
en fonction de Lambda (m)
toujours en nanomètres 10^-9
f= C/ lambda, ou lambda est la longueur d'onde f= E / h, ou h = 6,62606896x 10^-34J
plus la longueur d’onde (Lambda) est courte plus la fréquence est courte et plus son énergie est élevée.
plus la longueur d’onde (Lambda) est longue plus la fréquence est longue et plus son énergie est petite.
Le PHOTON
-énergie d’un photon est relativement faible, environ
4^-19 J/ 4E-19J
- les unités sont celui du electon volt (eV)= 1.6E-19 J
- Pour les longueur d’onde visibles, l’énergie des photon est de 1.8 eV (rouge) et 3.1 eV (violet)
- une ampoule de 100 watt émet E20 photons par secondes. À une distance de 10 m, l’oeil humain capte environ 100,000,000,000, photons par seconde.
Laser:
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
- Les électrons se déplacent (par émission ou absorption d’énergie sous forme de photon) cette énergie correspond à la différence de potentiel entre 2 orbites.
- La capacité d’émettre et d’absorber la radiation est une propriété des solides, liquides et gaz et est associé à des changements dans l’état énergétiques des atomes et molécules.
Émission stimulée
l’électron sur un orbite d’atome peut être excité en appliquant une source de lumière ou d’énergie.
INVERSION DE POPULATION: si dans un milieu donné, une majorité des atomes se trouvent dans un état excité, l’électron restera dans cet état pendant une courte période avant d’émettre un photon par EMISSION SPONTANÉE (E-9 à E-8 secondes (10^-9 10^-8)). direction aléatoire et son énergie approximativement correspondant aux 2 orbite sur lequel il se déplace.
-Si un photon avec un niveau énergétique appropriée FRAPPE L’ÉLECTRON avant l’émission spontanée, le photon émis par l’électron est un photon identique au photon ayant provoqué la collision, ce phénomène est appelé ÉMISSION STIMULÉ. LUMIERE LASER.
Émission stimulée
faire attention à photon émis et celui qui provoque la collision
Photon émis a 4 propriété par rapport au photon ayant provoqué la collision:
1- il a la même longueur d’onde
2- les photons sont en phase
3- Ils voyagent dans la même direction
4- Ils ont la même polarisation
les raisons pour lesquelles la lumière laser est:
1- monochromatique (une seule longueur d’onde)
2- directionnelle
3- cohérente (en phase, voyagent de façon regroupé à l’intérieur d’un faisceau)
Interaction d’une onde avec une surface
-Faisceau d’ondes incidente (I):
lorsqu’un faisceau d’onde incidente atteint une surface (ou un milieu différent), une partie est:
1- Réfléchie (R): renvoie dans le milieu incident d’une partie du faisceau sans modification de la longueur d’onde.
2- Absorbée (A): absorption de l’énergie du faisceau par la cible.
3- Transmise (T): transmission du faisceau à travers la cible. La transmission est accompagnée d’un changement dans la DIRECTION de propagation ainsi que dans la LONGUEUR D’ONDE lorsque la célérité change (lorsque n change).
question: dans cet exemple la célérité veut dire milieu? indice de réfraction? vitesse de la lumière, du à quoi?
Interaction de la radiation avec la matière
- les e- peuvent sauter entre les orbites lorsque de l’énergie est reçue ou émise à l’atome.
- Les orbites sont différents pour les différents atome, ce qui implique que les quantité d’énergies requises pour passer d’un orbite à un autre varient.
- Différents objets réagissent différemment à l’interception de photons de différents niveaux énergétiques, parce que l’atome doit avoir une orbite pour transiter un e- qui correspond à l’énergie du photon à absorber (temporairement)…propriété spectrales
- Plus d’e- autour du proton = plus d’orbites et possibilités de sauts énergétiques.
Propriété spectrales
- Longueur d’onde (lambda)
- énergie Surface réfléchie (R_a)
- énergie Transmet (T_a) et/ou absorbe (A_a)
- L’énergie incidente reçue (E_I_a)
E_I_a=E_R_a+ E_T_a+ E_A_a
Transmittance de la végétation
-axe y= transmittance ou reflectance, celui-ci va varier selon la longueur d’onde donnée, elle peut être soit réfléchie, absorbée et/ou transmise selon la longueur d’onde utilisée.
Type de réflexion
- Réflexion diffuse: surface de type lambertienne, la majorité des surfaces naturelles, réflexion partout
- Réflexion spéculaire: Surface de type spéculaire, miroir, surface de l’eau calme..etc
Absorption par les molécules
certaines longueur d’ondes sont absorbé par les molécules d’eau dans l’atmosphère, par exemple, un lidar aéroporté avec une longueur d’onde de 1350-1400 nm serait complètement absorbée par les molécule de H20
MINI DEVOIR
MINI DEVOIR
