Apprendre

Objectifs

Apprendre à distinguer un signal d'un bruit.

Plusieurs pages sont spécifiquement dédiées au bruit dans la section Analyser le signal : (bruit gaussien, bruit de photons, rapport signal à bruit...)

Signaux parasites et bruits

Au signal scientifique se superposent des signaux parasites et des bruits. Un bruit sera caractérisé par son caractère aléatoire, et les propriétés statistiques correspondantes.

Un signal parasite possède, comme son nom l'indique, les propriétés d'un signal et non celles d'un bruit.

Bruit quantique

La nature du rayonnement, quantique par excellence, montre le hiatus à décrire une intensité lumineuse par une quantité analogique, alors que les porteurs de ce rayonnement sont quantifiés.

On montre que la statistique d'arrivée des photons est poissonnienne. Lorsque l'on attend $N= E/h\nu$ photons, la valeur moyenne observée est et la fluctuation $\sqrt{N}$ autour de cette valeur moyenne. Il s'ensuit un rapport signal à bruit déterminé par le flux de photons égal à :

$\mathrm{rsb}\ = \ {N\over \sqrt N}\ =\ \sqrt{N}$

En électronique, on parle de bruit de grenaille, et de bruit de photons en optique.

Bruit de fond

Le bruit de fond représente le bruit de photons de la lumière parasite qui se superpose au signal scientifique. Comme le bruit quantique, il est lié aux sources (ici parasites) et non au détecteur. Dans l'infrarouge, il est dominé par l'environnement chaud que voit le détecteur.

Bruit thermique

Le bruit thermique provient de l'agitation thermique des porteurs de charge du détecteur. Il est à moyenne nulle, son écart-type augmente avec la température.

Ce bruit, comme les suivants, dépend du détecteur et de la chaîne de détection.

Bruit de lecture

Le processus de lecture contribue au bruit de lecture, par exemple dans un CCD lorsque les photo-électrons sont transférés le long d'une colonne vers un registre de lecture. On quantifie le bruit de lecture par son écart-type en nombre de photoélectrons par pixel. Une valeur typique de $\sigma _{\mathrm{lec}}$ est de l'ordre de quelques photo-électrons par pixel

Bruit d'amplification

L'électronique d'amplification introduit un gain , dont la valeur n'est pas fixe mais sujette à différents bruits.

Bruit de quantification

Le signal analogique est finalement converti en signal numérique, codé sur éléments d'information (bit), ce qui permet uniquement 2^n valeurs de codage.

Un signal évoluant sur une plage de 0 à $I _{\mathrm{max}}$ présentera, de par le codage sur éléments d'information, une résolution minimale de $I _{\mathrm{max}}/2^n$ .