Thèse en cours

Fusion de données multispectrales et hyperspectrales : application à l'instrument JWST/MIRI.
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Auteur / Autrice : Dan Pineau
Direction : Alain Abergel
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Inscription en doctorat le 01/03/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Astrophysique Spatiale
Equipe de recherche : Astrophysique de la Matière Interstellaire
référent : Faculté des sciences d'Orsay

Résumé

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Le James Webb Space Telescope (JWST), qui devrait être lancé en octobre 2021, sera le grand observatoire spatial de la prochaine décennie. Il embarquera quatre instruments dont l'instrument infrarouge moyen MIRI (5-28 μm) constitué d'un spectromètre intégrale de champ et d'un imageur. Le domaine spectral observé par MIRI est riche et complexe et fournit des informations cruciales sur les milieux observés. L'imageur de MIRI fournira des données multispectrales, intégrées sur neuf bandes spectrales larges contenant un mélange de raies, de motifs complexes et de continuum. Les données spectroscopiques seront donc absolument indispensable, et il faudra être capable d'exploiter conjointement et de façon optimale les images et les spectres de MIRI. L'objectif de la thèse est de développer des algorithmes efficaces pour le traitement conjoint des données multispectrales obtenues avec l'imageur de MIRI, sur un grand champ de vue et avec neuf filtres à bande large, avec des données hyperspectrales obtenues avec le spectromètre à intégrale de champ de de MIRI, à haute résolution spectrale mais pour des petits champs de vue. Il s'agit donc d'un problème de fusion de données afin d'estimer un cube 2D+λ, avec 2 dimensions spatiales (coordonnées α δ sur le ciel) et une dimension spectrale (λ), combinant les meilleures informations spatiales (champ de vue, échantillonnage, résolution) et résolutions spectrales. Il faudra prendre en compte conjointement les effets instrumentaux spécifiques de l'imageur et du spectromètre. L'objectif de la thèse est d'aborder le problème de traitement conjoint par une approche de type problèmes inverses qui utilise un modèle de formation des données explicite (un «simulateur») étant donné un objet en entrée. L'inversion consiste à exploiter ce modèle de formation avec les données réellement acquises pour retrouver l'objet qui en est à l'origine (principe d'inversion). Cette approche résout le problème d'hétérogénéité des mesures en s'appuyant sur un instrument «virtuel» qui combine l'imagerie et la spectroscopie. La thèse se déroulera en 3 principales étapes : 1. Etablissement d'un modèle instrument joint. 2. Développement d'un algorithme d'inversion du modèle joint 3. Application sur des données simulées et des données réelles (premières données JWST attendues mi-2022). L'objectif final est d'aboutir à une chaîne de traitement testée, validée et optimisée, et qui pourra être utilisée systématiquement pour l'exploitation conjointe des données de spectroscopie et d'imagerie. L'étudiant devra avoir une solide formation en traitement du signal ou d'images de niveau Master 2 ou équivalent. Des connaissances en physique, mathématiques appliquées ou informatique seront appréciées. Cette thèse s'inscrit dans la création du laboratoire commun (LabCom) LAB4S¬2 (Innovative Laboratory for Space Spectroscopy) entre l'IAS et la PME ACRI-ST (https://www.acri-st.fr/fr). L'objectif du LabCom est de développer et de mettre en œuvre des outils pour l'exploitation conjointe de données de spectroscopie et d'imagerie obtenues d'une part par MIRI à bord du JWST, et d'autre part par les instruments des missions Sentinel 2 et 3 du programme européen Copernicus d'observation spatiale de la Terre.