Acquisition et extraction d'information des images polarimétriques actives.

OSC ("Orthogonal State Contrast"imaging is an active polarimetric imaging mode which consists in illuminating the scene with a totally polarized light and analyzing the backscattered light along two orthogonal states of polarization. It reveals contrasts which are not present in conventional intensity images. It arouses a great interest in several domains such as remote sensing, biomedical imaging or vision through diffusive medium. The objective of this thesis was to design an OSC imaging system and to characterize its performance in terms of acquisition capabilities and signal processing. We designed and tested a simple robust setup which is able to acquire simultaneously both orthogonal states of polarization. This architecture reaches the fundamental limits set by detector noise, photon shot noise or spatial and temporal non-uniformity of th illuminaiton. We demonstrated experimentally its benefit when imaging moving targets or imaging through turbulent medium. In order to characterize the performance of this imaging mode, we determine estimation algorithm depending on the predominant type of noise and compare their precision to the Cramer- Rao lower bound. We then studied the performance for target detection as a function of the non-uniformity of the illumination. Finally, we studied the maximization of contrast in scalar polarimetric images. We proposed a method which simultaneously optimizes the states of polarization of the illumination and the reception. This is an interesting perspective for Mueller imagers improvement.L'imagerie d'OSC ("Orthogonal State Contrast") est un mode d'imagerie polarimé- trique active qui consiste à illuminer la scène avec une lumière polarisée et à analyser le signal rétro-diffusé dans deux états de polarisation orthogonaux. Elle permet de mettre en évidence des contrastes qui ne sont pas présents dans les images d'intensité classiques. Les applications sont très nombreuses en télédétection, dans le domaine biomédical ou pour la vision à travers les milieux diffusants. L'objectif de cette thèse était de concevoir un instrument et de caractériser ses capacités en terme d'acquisition et de traitement de l'information. Nous avons réalisé et validé un système d'acquisition simple et robuste permettant de faire l'image simultanée des deux états de polarisation. Cette architecture permet d'atteindre des limites fondamentales fixées par le bruit de détecteur, le bruit de photons ou la non-uniformité spatiale et temporelle de l'illumination. Nous avons montré expérimentalement son apport pour l'imagerie de cibles mobiles ou à travers un milieu turbulent. Pour évaluer les capacités de ce mode d'imagerie, nous avons déterminé les algorithmes d'estimation et caractérisé leurs précisions en fonction du type de bruit prédominant grâce à la borne de Cramer-Rao. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les performances de détection de cible en fonction de la non-uniformité de l'illumination. Enfin, d'une manière plus générale, nous nous sommes intéressés à la maximisation du contraste dans une image polarimétrique scalaire. Nous avons proposé une méthode d'optimisation conjointe des états de polarisation d'illumination et d'analyse qui présente des perspectives prometteuse pour l'amélioration des imageurs de Mueller