L'imagerie d'OSC ("Orthogonal State Contrast") est un mode d'imagerie polarimé- trique active qui consiste à illuminer la scène avec une lumière polarisée et à analyser le signal rétro-diffusé dans deux états de polarisation orthogonaux. Elle permet de mettre en évidence des contrastes qui ne sont pas présents dans les images d'intensité classiques. Les applications sont très nombreuses en télédétection, dans le domaine biomédical ou pour la vision à travers les milieux diffusants. L'objectif de cette thèse était de concevoir un instrument et de caractériser ses capacités en terme d'acquisition et de traitement de l'information. Nous avons réalisé et validé un système d'acquisition simple et robuste permettant de faire l'image simultanée des deux états de polarisation. Cette architecture permet d'atteindre des limites fondamentales fixées par le bruit de détecteur, le bruit de photons ou la non-uniformité spatiale et temporelle de l'illumination. Nous avons montré expérimentalement son apport pour l'imagerie de cibles mobiles ou à travers un milieu turbulent. Pour évaluer les capacités de ce mode d'imagerie, nous avons déterminé les algorithmes d'estimation et caractérisé leurs précisions en fonction du type de bruit prédominant grâce à la borne de Cramer-Rao. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les performances de détection de cible en fonction de la non-uniformité de l'illumination. Enfin, d'une manière plus générale, nous nous sommes intéressés à la maximisation du contraste dans une image polarimétrique scalaire. Nous avons proposé une méthode d'optimisation conjointe des états de polarisation d'illumination et d'analyse qui présente des perspectives prometteuse pour l'amélioration des imageurs de Mueller.

Ces travaux de thèse ont pour objectif de proposer une nouvelle technique de caractérisation électro-optique de barrettes de diodes Laser de puissance (DLPs), au niveau émetteur individuel à partir d'un banc dédié, utilisées pour le pompage optique à 808nm de système LIDAR en environnement spatial et en régime QCW. Après une étude métrologique fine, ils décrivent une méthodologie de sélection d'un indicateur précoce de défaillance potentielle et sa capacité à estimer la fiabilité de DLPs en conditions opérationnelles (> 109 impulsions à 100Hz/200µs). L'analyse de la dégradation des DLPs se base sur l'identification de signatures paramétriques de défaillance mises en lumière après une série de tests accélérés ciblés et relatives à l'évolution de la puissance optique, du spectre optique (λmax) et du degré de polarisation (DOP) de chaque émetteur de la barrette. Nous montrons également la forte complémentarité entre la mesure du DOP par électroluminescence et par photoluminescence et nous proposons une méthodologie de sélection précoce des émetteurs en considérant leur localisation dans le plan (λmax, DOP). Ces études expérimentales, confortées par des simulations thermiques et mécaniques par éléments finis en introduisant un grand nombre de paramètres technologiques, ont permis de quantifier les niveaux de contraintes résiduelles dans les DLPs en fonction de différentes configurations d'assemblage et d'établir un lien avec leur fiabilité intrinsèque.

Les radars à synthèse d’ouverture (RSO) polarimétriques sont devenus incontournables dans le domaine de la télédétection, grâce à leur zone de couverture étendue, ainsi que leur capacité à acquérir des données dans n’importe quelles conditions atmosphériques de jour comme de nuit. Au cours des trois dernières décennies, plusieurs RSO polarimétriques ont été utilisés portant une variété de modes d’imagerie, tels que la polarisation unique, la polarisation double et également des modes dits pleinement polarimétriques. Grâce aux recherches récentes, d’autres modes alternatifs, tels que la polarisation hybride et compacte, ont été proposés pour les futures missions RSOs. Toutefois, un débat anime la communauté de la télédétection quant à l’utilité des modes alternatifs et quant au compromis entre la polarimétrie double et la polarimétrie totale. Cette thèse contribue à ce débat en analysant et comparant ces différents modes d’imagerie RSO dans une variété d’applications, avec un accent particulier sur la surveillance maritime (la détection des navires et de marées noires). Pour nos comparaisons, nous considérons un paramètre fondamental, appelé le degré de polarisation (DoP). Ce paramètre scalaire a été reconnu comme l’un des paramètres les plus pertinents pour caractériser les ondes électromagnétiques partiellement polarisées. A l’aide d’une analyse statistique détaillée sur les images polarimétriques RSO, nous proposons des estimateurs efficaces du DoP pour les systèmes d’imagerie cohérente et incohérente. Ainsi, nous étendons la notion de DoP aux différents modes d’imagerie polarimétrique hybride et compacte. Cette étude comparative réalisée dans différents contextes d’application dégage des propriétés permettant de guider le choix parmi les différents modes polarimétriques. Les expériences sont effectuées sur les données polarimétriques provenant du satellite Canadian RADARSAT-2 et le RSO aéroporté Américain AirSAR, couvrant divers types de terrains tels que l’urbain, la végétation et l’océan. Par ailleurs nous réalisons une étude détaillée sur les potentiels du DoP pour la détection et la reconnaissance des marées noires basée sur les acquisitions récentes d’UAVSAR, couvrant la catastrophe de Deepwater Horizon dans le golfe du Mexique. / Polarimetric Synthetic Aperture Radar (SAR) systems have become highly fruitful thanks to their wide area coverage and day and night all-weather capabilities. Several polarimetric SARs have been flown over the last few decades with a variety of polarimetric SAR imaging modes; traditional ones are linear singleand dual-pol modes. More sophisticated ones are full-pol modes. Other alternative modes, such as hybrid and compact dual-pol, have also been recently proposed for future SAR missions. The discussion is vivid across the remote sensing society about both the utility of such alternative modes, and also the trade-off between dual and full polarimetry. This thesis contributes to that discussion by analyzing and comparing different polarimetric SAR modes in a variety of geoscience applications, with a particular focus on maritime monitoring and surveillance. For our comparisons, we make use of a fundamental, physically related discriminator called the Degree of Polarization (DoP). This scalar parameter has been recognized as one of the most important parameters characterizing a partially polarized electromagnetic wave. Based on a detailed statistical analysis of polarimetric SAR images, we propose efficient estimators of the DoP for both coherent and in-coherent SAR systems. We extend the DoP concept to different hybrid and compact SAR modes and compare the achieved performance with different full-pol methods. We perform a detailed study of vessel detection and oil-spill recognition, based on linear and hybrid/compact dual-pol DoP, using recent data from the Deepwater Horizon oil-spill, acquired by the National Aeronautics and Space Administration (NASA)/Jet Propulsion Laboratory (JPL) Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar (UAVSAR). Extensive experiments are also performed over various terrain types, such as urban, vegetation, and ocean, using the data acquired by the Canadian RADARSAT-2 and the NASA/JPL Airborne SAR (AirSAR) system.

Ces travaux de thèse ont pour objectif de proposer une nouvelle technique de caractérisation électro-optique de barrettes de diodes Laser de puissance (DLPs), au niveau émetteur individuel à partir d'un banc dédié, utilisées pour le pompage optique à 808nm de système LIDAR en environnement spatial et en régime QCW. Après une étude métrologique fine, ils décrivent une méthodologie de sélection d'un indicateur précoce de défaillance potentielle et sa capacité à estimer la fiabilité de DLPs en conditions opérationnelles (> 109 impulsions à 100Hz/200µs). L’analyse de la dégradation des DLPs se base sur l'identification de signatures paramétriques de défaillance mises en lumière après une série de tests accélérés ciblés et relatives à l'évolution de la puissance optique, du spectre optique (λmax) et du degré de polarisation (DOP) de chaque émetteur de la barrette. Nous montrons également la forte complémentarité entre la mesure du DOP par électroluminescence et par photoluminescence et nous proposons une méthodologie de sélection précoce des émetteurs en considérant leur localisation dans le plan (λmax, DOP). Ces études expérimentales, confortées par des simulations thermiques et mécaniques par éléments finis en introduisant un grand nombre de paramètres technologiques, ont permis de quantifier les niveaux de contraintes résiduelles dans les DLPs en fonction de différentes configurations d'assemblage et d'établir un lien avec leur fiabilité intrinsèque. / This thesis work aimed to propose a new methodology for electro-optical characterization ofQCW laser diodes array (LDA) at emitter level by using a dedicated test bench. After detailedmetrological study, a methodology for selecting an early failure indicator and its ability to assess theLDA reliability in operational conditions (> 109 Shots at 100Hz/200μs) has been described. The LDAdegradation analysis were based on identification of parametric failure signatures highlighted after aset of accelerated tests and have been focused on the evolution of optical power, optical spectrum(λmax) and the degree of polarization (DOP) of each emitter on the LDA. We also explain the strongcomplementarity between the measured DOP of photoluminescence and the DOP ofelectroluminescence and a methodology for early selection of emitters have been proposed by takinginto account their location in the plane (λmax, DOP). These experimental studies were comforted bythermal and mechanical finite element simulations, by introducing several technological parameters inorder to quantify levels of induced mechanical stresses in LDA under different assemblyconfigurations and to establish the link with their intrinsic reliability.