Holographic imaging for the study of acoustic fields - towards holographic tomography of acoustic fields

La caractérisation fine de champs acoustiques nécessite de développer de nouvelles approches pour fournir un aperçu qualitatif et quantitatif des champs acoustiques d’intérêt. Généralement,l’imagerie des champs acoustiques est réalisée en utilisant des réseaux de microphones. Afin de surmonter les limitations de ces méthodes, nous proposons une méthode d’holographie numérique trichromatique capable de fournir directement des données plein champ, permettant l’acquisition d’une mesure "rapide" du champ acoustique, c’est à dire ne requérant pas de balayage. Nous démontrons la preuve de concept de l’imagerie simultanée plein-champ et multi-vues d’un champ acoustique par holographie numérique à trois longueurs d’ondes en utilisant un unique capteur monochromatique à haute cadence. Le manuscrit est organisé en 3 Chapitres. Le Chapitre1 est consacré à rappeler les principes fondamentaux de l’holographie numérique. Le Chapitre2 est dédié à une première partie expérimentale de preuve de concept de tomographie holographique multi-vues simultanées à haute cadence avec un codage sur un unique capteur monochrome. Nous présentons la méthode de reconstruction 3D par tomographie en utilisant la Transformée inverse de Radon 2D basée sur un objet simple. Le Chapitre3 est consacré à l’application de la méthode d’holographie numérique multi-vues à trois longueurs d’onde pour la visualisation multi-vues de champs acoustiques. Nous montrerons l’étude de la propagation du champ acoustique dans l’air libre, émis par un transducteur piézoélectrique ultrasonique.Des résultats expérimentaux obtenus avec la méthode proposée illustreront les potentialités de la méthode. Nos travaux ouvrent la voie à la tomographie holographique quantitative de champs acoustiques.The fine characterization of acoustic fields requires the development of new approaches to provide qualitative and quantitative insight into the acoustic fields of interest. Typically, acoustic field imaging is performed using microphone arrays.In order to overcome the limitations of these methods, we propose a three-wavelength digital holography method capable of directly providing full-field data, allowing the "fast" acquisition of the measurement of acoustic fields, i.e. not requiring scanning. We demonstrate the proof-of-concept of simultaneous full-field and multi-view imaging of an acoustic field by digital holography at three wavelengths using a single monochromatic sensor at high-frame rate. The manuscript is organized in 3 Chapters that address the different axes of the PhD thesis work. Chapter 1 is devoted to the fundamental basics of digital holography. It discusses on digital recording and reconstruction by describing the different processes of off-axis recording of monochrome and color holograms as well as the methods of reconstruction of the amplitude and the phase of the object field. Chapter 2 is dedicated to the first experimental proof-of-concept of simultaneous multi-view holographic tomography at highrate with coding on a single monochrome sensor. We present the 3D tomographic reconstruction method using the 2D Inverse Radon Transform with a simple object. Chapter 3 is devoted to the application of the multi-view digital holography method at three wavelengths for the multi-view visualization of acoustic fields. We show data of the propagation of the acoustic field in free air, emitted by an ultrasonic piezoelectric transducer. Experimental results obtained with the proposed method illustrate the potentialities of the method. Our work paves the way to quantitative holographic tomography of acoustic fields