SVOM

Toi aussi, joue avec ECLAIRs : résultats

Succès ! Après avoir lancé la simulation sur la page précédente, IMASCOD a effectué successivement les opérations suivantes :

  • simulation de la propagation des rayons lumineux de la source et du bruit de fond dans le télescope ECLAIRs à masque codé, aboutissant à une image enregistrée par le détecteur ;
  • à partir de cette image enregistrée, la reconstruction de l’image du ciel par le processus de déconvolution (expliqué ci-après). Vous allez y voir apparaître votre source, si jamais vous lui avez donné une intensité suffisante pour qu’elle se démarque du bruit de fond.

 

Principe de propagation des rayons dans le télescope ECLAIRs

La figure 1 illustre le principe de l’imagerie par masque codé employé par ECLAIRs. Les rayons lumineux en provenance d’une source ponctuelle dans le ciel arrivent parallèles au niveau du télescope (orange) et projettent une portion du masque codé sur le détecteur. Pour chaque position de la source choisie dans le ciel, la portion du masque projetée sur le détecteur est différente. On distingue deux situations :

  • lorsque la projection du masque recouvre tout le détecteur : la source est dite totalement codée (à gauche sur la figure 1) ;
  • lorsque la projection du masque recouvre une partie seulement du détecteur (alors que l’autre partie du détecteur, se situe derrière le blindage latéral vu de la source) : la source est dite partiellement codée (à droite sur la figure 1).
configuration

Figure 1 : selon la position de la source dans le ciel, tout le détecteur est impacté (codage total, à gauche) ou une partie seulement (codage partiel, à droite). Les photons du bruit de fond isotrope dans le ciel impactent tout le détecteur. Pour un même flux en photons, une source totalement codée sera mieux détectée qu’une source partiellement codée.

Projection de votre source à travers le masque codé

Pour votre position de source choisie, IMASCOD a généré la figure 2 ci-dessous, qui illustre la projection de la source à travers le masque codé.

  • La portion du masque projetée sur le détecteur pour la position de la source choisie est indiquée en jaune (à gauche sur la figure 2). Si la source est totalement codée, la portion jaune est de la taille du détecteur. Plus la source est proche du bord du champ de vue, plus son codage sera partiel, et plus petite sera la portion jaune projetée sur le détecteur (essayez par exemple pour x = 70, y = 130).
  • L’image enregistrée par le détecteur (à droite sur la figure 2) fait apparaître le motif correspondant à la portion projetée (en jaune) du masque codé. Pour chaque position de la source, on obtient un motif différent ; c’est ce motif qui « code » de façon univoque la direction de la source.
image du détecteur (source)

Figure 2 : A gauche : Motif du masque codé (la partie opaque aux photons est en noir, la partie transparente est en blanc) et sa portion projetée sur le détecteur (en jaune). A droite : motif enregistré par le détecteur (la couleur représente le nombre de photons de la source reçus par chaque pixel).

Ajout du bruit de fond

En plus des photons de la source, d’autres photons du bruit de fond diffus du ciel traversent le masque du télescope. Ces derniers viennent de toutes les directions de façon isotrope et illuminent la totalité du détecteur.
L’image enregistrée par le détecteur (figure 3) comporte à la fois les photons de la source et du bruit de fond. Selon l’intensité relative de la source et du bruit, dans certains cas, il n’est plus facile (voire impossible) de reconnaitre à l’œil le motif du masque projeté par la source. Le processus de reconstruction de l’image du ciel par déconvolution (voir paragraphe suivant) permet néanmoins de faire ressortir la source dans de nombreux cas.

image du détecteur (source et bruit)

Figure 3 : image enregistrée par le détecteur. La couleur représente pour chaque pixel du détecteur le nombre de photons (de la source et du bruit) détectés durant un temps de pose donné.

Reconstruction de l’image du ciel

L’image du ciel est reconstruite par IMASCOD à partir de l’image du plan détecteur par une opération mathématique appelée déconvolution. Le résultat obtenu est illustré sur la figure 4. Si vous avez projeté suffisamment de photons de votre source sur le détecteur, vous la retrouvez à la position que vous aviez choisie.

Le principe de l’algorithme de reconstruction par déconvolution, illustré sur la vidéo ci-dessous, est de faire « glisser » numériquement le tableau du masque codé « au dessus » du tableau représentant l’image détecteur (figure 3) pour obtenir un à un les pixels de l’image du ciel (figure 4). La source est retrouvée à l’endroit du ciel où la corrélation est la meilleure.

Sur la vidéo, un calcul simple est effectué entre les pixels du masque et du détecteur dans la région d’intersection des deux. Le résultat de cette opération donne la corrélation (la ressemblance) entre le motif du masque et le motif projeté. Plus le chiffre est grand, plus les deux se ressemblent. La source est retrouvée à l’endroit où la ressemblance est maximale. Pour la déconvolution à bord du satellite, le calcul impliquant les pixels du masque et du détecteur dans la région de l’intersection est un peu plus compliqué et permet d’améliorer les performances de localisation et de temps de calcul.
Dans le cas de plusieurs sources, dont les projections se mélangent sur l’image détecteur, l’algorithme est capable de les faire ressortir. La version hors-ligne de IMASCOD permet d’illustrer les formules mathématiques de déconvolution, et traite également le cas de plusieurs sources ponctuelles.

image du ciel

Figure 4 : image du ciel reconstruite par déconvolution. La couleur représente pour chaque pixel du ciel le rapport signal sur bruit reconstruit (en nombre de déviations standard ou « sigmas »).

A bord du satellite SVOM, le logiciel de déclenchement de détection des sursauts gamma (appelé « Trigger ») embarqué dans l’Unité de Traitement Scientifique d’ECLAIRs, reconstruit de façon similaire à IMASCOD les images du ciel à partir des images enregistrées par le détecteur. Ce processus est répété de façon méthodique, pour pouvoir détecter à tout moment l’apparition d’une nouvelle source transitoire (d’une durée entre 10 ms et 20 min), à une position quelconque dans le champ de vue, afin de pouvoir lancer aussi vite que possible l’alerte : un sursaut gamma a été détecté !

Le « Trigger » d’ECLAIRs est au cœur de la mission SVOM de par les alertes sursaut gamma qu’il génère en temps-réel. Celles-ci engendrent le repointage automatique du satellite afin d’observer la rémanence du sursaut avec les télescopes MXT et VT à bord. En parallèle elles sont relayées aux GWACs et GFTs au sol, ainsi qu’à l’ensemble des observateurs scientifiques intéressés.

Plus d’informations sur la stratégie sol-espace …


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Publié le 30/11/2017
Auteur : IMASCOD, CEA Saclay/IRFU