Quelle est la différence entre l'imagerie thermique et la vision nocturne ?

Commençons par un bref rappel. Nos yeux perçoivent la lumière réfléchie. Les caméras diurnes, les dispositifs de vision nocturne et l'œil humain s'appuient tous sur le même principe : l'énergie lumineuse visible frappe un sujet avant d'être renvoyée. Un détecteur la reçoit, et la transforme en une image.

Qu'il s'agisse de l'œil ou de la caméra, ces détecteurs doivent recevoir suffisamment de lumière. Dans le cas contraire, ils ne peuvent produire d'image. De toute évidence, la lumière du soleil est insuffisante la nuit pour renvoyer quoi que ce soit. Seuls les étoiles, la lune et l'éclairage artificiel émettent de la lumière. Si celle-ci est insuffisante, la visibilité sera mauvaise.

Caméras thermiques

Les caméras thermiques sont complètement différentes. En fait, nous les appelons des « caméras », mais en vérité ce sont des capteurs. Afin de comprendre leur mode de fonctionnement, vous devez avant toute chose oublier tout ce que vous pensiez savoir sur la façon dont les caméras produisent des images. 

Les caméras FLIR réalisent des images à partir de la chaleur dégagée, et non à partir de la lumière visible. La chaleur (également appelée énergie infrarouge ou thermique) et la lumière font toutes deux partie du spectre électromagnétique, mais une caméra capable de détecter la lumière visible ne captera pas l'énergie thermique, et vice-versa.

Cependant, les caméras thermiques détectent bien plus que la chaleur ; elles détectent les plus infimes variations de chaleur – de l'ordre de seulement 0,01 ºC – et les renvoient sous forme d'images dans les tons verts dans des vidéos TV en noir et blanc. Le principe est de prime abord complexe, et nombreux sont ceux qui ne le comprennent pas. Nous allons donc l'expliquer en quelques mots. 

Tout les objets de la vie quotidienne émettent de l'énergie thermique, y compris les glaçons. Plus un sujet est chaud, plus il émet d'énergie thermique. Cette énergie thermique émise est appelée une « signature thermique ». Lorsque deux objets placés côte à côte présentent de subtiles différences au niveau de leurs signatures thermiques, ces dernières s'affichent assez distinctement sur une caméra FLIR, indépendamment des conditions d'éclairage.

L'énergie thermique provient de tout un ensemble de sources, en fonction de ce que vous regardez. Certains sujets, comme les animaux à sang chaud (les personnes en font également partie !), les moteurs et les machines par exemple, créent leur propre chaleur, de façon biologique ou mécanique. D'autres sujets, comme la terre, les pierres, les bouées et la végétation, absorbent la chaleur du soleil en journée et la renvoient durant la nuit.

Étant donné que différents matériaux absorbent et renvoient l'énergie thermique à des vitesses différentes, une zone dont la température semble en apparence uniforme est en fait constituée d'une mosaïque de subtiles différences thermiques. C'est pourquoi un rondin de bois immergé pendant plusieurs jours dans l'eau affichera une température différente de celle de l'eau, une variation qui sera par conséquent visible avec une caméra thermique. Les caméras FLIR détectent ces différences de température et les convertissent en détails sur l'image.

Si tout ceci peut paraître assez complexe, les caméras thermiques modernes sont en réalité extrêmement simples à utiliser. Leurs images sont nettes et faciles à comprendre. Elles ne nécessitent ni formation, ni interprétation. Si vous pouvez regarder la télévision, vous êtes capable d'utiliser une caméra thermique FLIR. 

Dispositifs de vision nocturne

Ces images dans les tons verts que nous voyons dans les films et à la télévision proviennent de lunettes de vision nocturne ou d'autres dispositifs qui utilisent les mêmes technologies de base. Ces lunettes absorbent de petites quantités de lumière visible, les intensifient considérablement et les projettent sur un écran.

Les caméras fabriquées selon le principe des lunettes de vision nocturne présentent les mêmes limites que l'œil humain : s'il n'y a pas assez de lumière visible, elles ne permettent pas de bien voir. Les performances d'imagerie de tous les dispositifs dépendant de la lumière réfléchie sont limitées par la quantité et l'intensité de la lumière renvoyée.

Les lunettes de vision nocturne et autres caméras en basse lumière ne sont pas très utiles au crépuscule, lorsque la lumière est trop forte pour leur permettre d'être efficaces, mais trop faible pour que vous puissiez mener vos observations à l'œil nu. Les caméras thermiques ne sont pas perturbées par la lumière visible. Elles peuvent donc vous fournir des images nettes, même lorsque vous contemplez le soleil couchant. En fait, vous pouvez orienter un projecteur vers une caméra FLIR et continuer à obtenir une image parfaite.

Caméras à lumière infrarouge (I2)

Les caméras I2 essaient de générer leur propre lumière réfléchie en projetant un faisceau d'énergie proche de l'infrarouge, lequel devient perceptible lorsqu'il est renvoyé par un objet. Ceci fonctionne jusqu'à un certain point, mais les caméras I2 restent tributaires de la lumière réfléchie pour créer une image. Elles présentent donc les mêmes limites que toute autre caméra de vision nocturne dépendant de l'énergie lumineuse réfléchie, à savoir la faible portée et l'insuffisance des contrastes. 

Contraste

Toutes ces caméras en lumière visible – caméras diurnes, lunettes de vision nocturne, et caméras I2  – fonctionnent en détectant l'énergie lumineuse réfléchie. Cependant, la quantité de lumière réfléchie reçue n'est pas le seul facteur vous permettant ou non de voir avec ces caméras : le contraste de l'image est également important.

Si vous contemplez une scène fortement contrastée par rapport à son environnement, l'observation s'effectue plus facilement à l'aide d'une caméra à lumière visible. Si le contraste n'est pas bon, vous ne la voyez pas bien, quel que soit le niveau d'ensoleillement. Un objet blanc visualisé sur un fond sombre présente un contraste élevé. Un objet plus sombre également visualisé sur un fond sombre sera cependant plus difficile à détecter avec ces caméras. C'est ce que l'on appelle un contraste insuffisant. La nuit, lorsque le manque de lumière visible réduit naturellement le niveau de contraste de l'image, les performances des caméras à lumière visible sont encore plus dégradées.

Les caméras thermiques ne présentent pas ces insuffisances. Tout d'abord, elles n'ont pas besoin de l'énergie lumineuse réfléchie : elles voient la chaleur. Tout ce que vous voyez dans la vie quotidienne normale présente une signature thermique. C'est pourquoi vous avez plus de chances de faire des observations la nuit avec une caméra thermique qu'avec une caméra à lumière visible ou même une caméra de vision nocturne.

En fait, les sujets susceptibles de vous intéresser, par exemple des personnes, produisent souvent leurs propres contrastes, car ils génèrent eux-mêmes de la chaleur. Les caméras thermiques peuvent parfaitement les voir, car elles n'utilisent pas seulement la chaleur pour produire leurs images ; elles utilisent également les plus infimes différences thermiques entre les objets.

Les dispositifs de vision nocturne présentent les mêmes inconvénients que les caméras de télévision utilisées de jour et en basse lumière : ils ont besoin de suffisamment de lumière et de contraste pour produire des images exploitables. À l'inverse, les caméras thermiques voient clairement de jour comme de nuit, tout en créant leurs propres contrastes. Elles sont sans aucun doute les meilleures solutions d'imagerie fonctionnant 24 h / 24 h.