Les systèmes d’imagerie infrarouge suivent depuis plusieurs années la même tendance de miniaturisation que les systèmes d’imagerie visible. Aujourd’hui cette miniaturisation se rapproche d’une limite physique qui amène la communauté à se tourner vers une nouvelle approche : la fonctionnalisation, c’est-à-dire l’apport de fonctions d’imagerie avancées aux systèmes telles que l’imagerie 3D.En infrarouge, la fonction d’imagerie 3D est très recherchée car elle pourrait apporter à un fantassin un outil de télémétrie passive fonctionnant de nuit comme de jour, ou encore permettre l’autonomie en environnements complexes à des systèmes tels que les drones. Cependant, le cout d’une caméra infrarouge hautes-performances est élevé. Multiplier le nombre de cameras n’est donc pas une solution acceptable pour répondre à ce besoin.C’est dans ce contexte que se situe ce travail qui consiste à apporter une fonction de vision 3D à des caméras infrarouges possédant un unique plan focal.Au cours de cette thèse, j’ai identifié la technologie d’imagerie 3D la plus adaptée à ce besoin : la camera plénoptique. J’ai montré que cette dernière permet de proposer, en intégrant une matrice de microlentilles dans le cryostat, un bloc de détection infrarouge avec une fonction d’imagerie 3D. L’environnement scellé du bloc de détection m’a amené à développer un modèle de dimensionnement rigoureux que j’ai appliqué pour concevoir et réaliser une camera plénoptique infrarouge refroidie. J’ai ensuite mis au point une méthode de caractérisation originale et intégré les mesures dans une série d’algorithmes de traitement d’image afin de remonter à la distance des objets observés. / For a few years now, infrared cameras have been following the same miniaturization trend introduced with visible cameras. Today, this miniaturization is nearing a physical limit, leading the community to take a different approach called functionalization: that is bringing an advanced imaging capability to the system.For infrared cameras, one of the most desired functions is 3D vision. This could be used to bring soldiers a passive telemetry tool or to help UAVs navigate a complex environment, even at night. However, high performance infrared cameras are expensive. Multiplying the number of cameras would thus not be an acceptable solution to bring 3D vision to these systems.That is why this work focuses on bringing 3D vision to cooled infrared cameras using only a single focal plane array.During this PhD, I have first identified the plenoptic technology as the most suitable for our need of 3D vision with a single cooled infrared sensor. I have shown that integrating a microlens array inside the dewar could bring this function to the infrared region. I have then developed a complete design model for such a camera and used it to design and build a cooled infrared plenoptic camera. I have created a method to characterize our camera and integrated this method into the image processing algorithms necessary to generate refocused images and derive the distance of objects in the scene.

Les verres de chalcogénures sont utilisés en tant qu'optiques pour les caméras IR grâce à leur transparence dans les deux fenêtres atmosphériques [3 – 5 µm] et [8 – 12 µm]. Afin de diminuer leur prix et d'augmenter la gamme des compositions qui pourraient être produites, une nouvelle méthode de synthèse a été élaborée au laboratoire Verres et Céramiques. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont ainsi porté sur le développement de la technique de synthèse des verres et vitrocéramiques de chalcogénures par mécanosynthèse et frittage flash, ainsi que sur l'étude de la structure et des propriétés mécaniques des vitrocéramiques. Les différents paramètres de broyage et frittage ont été étudiés et la possibilité de produire des matériaux massifs, avec une structure et des propriétés similaires à celles des verres obtenus par voie classique de fusion-trempe, a été démontrée. Egalement, il a été constaté que la génération des particules cristallines dans la matrice vitreuse permet d'améliorer les propriétés mécaniques sans altérer la transmission optique des échantillons. Finalement, une étude théorique, basée sur la méthode DFT, a été initié pour accéder à des informations plus précises concernant la structure et les propriétés mécaniques des verres et vitrocéramiques de chalcogénures. / Chalcogenide glasses are used as optics for the IR cameras thanks to their transparence in the two atmospheric windows [3 – 5 µm] and [8 – 12 µm]. In order to reduce their price and to increase the panel of compositions which may be produced, a new method of synthesis has been elaborated in the Glass and Ceramics group. Thus, this manuscript presents the development of the new way of synthesis of chalcogenide glasses and glass-ceramics by mechanical milling and SPS sintering, and the study of the structure and mechanical properties of glass-ceramics. The different milling and sintering parameters have been studied and the possibility to produce bulk samples with a structure and properties similar to those of glasses synthesized by melt-quenching method has been demonstrated. Also, it has been shown that the generation of crystalline particles in the glassy matrix increases mechanical properties of the samples without spoiling their optical transmission. Finally, a theoretical study, based on the DFT method, has been initiated in order to access more precise information concerning glass and glass-ceramic structure and mechanical properties.

This master thesis project was based on the development and evaluation of an open learning material in thermal imaging for automation applications. The outsourcer – FLIR Systems – wanted a three-day course covering all necessary topics for infrared cameras in automation applications. These topics include thermography, optics, detectors, networks, protocols, and more. The open learning material was designed to function as a three-day, self-paced, distance course, and it was based on theories of andragogy, self-directed learning and transformative learning. The master thesis process was essentially divided into two phases: the development phase and the evaluation phase. The method for the development phase was based on a literature study. The literature on creating open learning material included ways of compensating for the lack of social interaction in distance courses, such as a friendly, warm narrator using the pronoun “I”, encouraging phrases, and self-assessment questions (SAQs). An SAQ is a framing of question intended to guide the learner towards self-assessment of his or her learning and knowledge. The vital part of the SAQ is the response, where not only the correct answer is given, but feedback on the wrong choices too. The development of the open learning material was an iterative process where discussion with supervisors at FLIR Systems and KTH Royal Institute of Technology led to improvements of the material. The evaluation phase consisted of two tests with test subjects. The first test was conducted by sending a sample unit of the material to test subjects around the world along with a questionnaire. The main objective was to test the tone and style of the material. There were variations in the result, but the majority found the material friendly and readable. The second test was an in-house test with three participants. Three sample units of the material was used, and the main objective was to test the usability of the material and the test subjects’ perceived learning process. The usability of the material varied with the three test subjects and depended on their technological prerequisites and reading comprehension in English. All test subjects responded positively to their perceived learning outcome. The following conclusions were drawn: the open learning material has the potential to promote autonomous and self-directed learners and can be used as a basis for further development – such as web-based courses and teacher-led classes. The open learning material as a whole and the results and analysis from the tests are included as appendices. / Detta examensarbete baserades på utveckling och utvärdering av ett öppet läromedel i termografi för automationstillämpningar. Uppdragsgivaren – FLIR Systems – hade uttryckt ett behov av en tredagarskurs som täckte alla nödvändiga ämnen för infraröda kameror för automationstillämpningar. Dessa ämnen var bland annat termografi, optik, detektorer, nätverk, protokoll med flera. Det öppna läromedlet var designat för att fungera som en tredagars distanskurs och det var baserat på teorier om andragogik, självstyrt lärande och transformativt lärande. Examensarbetets process bestod i huvudsak av två faser: utvecklingsfasen och utvärderingsfasen. Metoden för utvecklingsfasen baserades på en litteraturstudie. Litteraturen i skapande av öppet läromedel inkluderade tillvägagångssätt för att kompensera för bristen av social interaktion i distanskurser, så som en vänlig och varm berättarröst som använder pronomenet ”jag”, uppmuntrande fraser och självbedömningsfrågor (SAQ, Self-Assessment Question). En självbedömningsfråga är en frågeställning menad att leda den lärande mot självbedömning av hens lärande och kunskap. Den viktiga delen av självbedömningsfrågan är responsen, där inte bara det rätta svaret är givet, utan också feedback på de felaktiga svaren. Utvecklingen av det öppna läromedlet var en iterativ process där diskussion med handledare på FLIR Systems och Kungliga Tekniska högskolan ledde till förbättringar i materialet. Utvärderingsfasen bestod av två test med försökspersoner. Det första testet utfördes genom att skicka en provenhet av materialet till försökspersoner över hela världen tillsammans med en enkät. Huvudsyftet med testet var att testa tonen och stilen på materialet. Resultatet var varierande, men majoriteten av testpersonerna fann materialet vänskapligt och läsligt. Det andra testet var ett internt test med tre deltagare. Tre provenheter från materialet användes och huvudsyftet var att testa användbarheten av materialet och försökspersonernas upplevda läroprocess. Användbarheten av materialet varierade hos de tre försökspersonerna och berodde på deras tekniska förutsättningar och läsförståelse i engelska. Alla försökspersoner gav positiv respons om deras upplevda läranderesultat. Följande slutsatser drogs: det öppna läromedlet har potential att främja autonomt och självstyrt lärande, samt kan användas som en bas för fortsatt utveckling så som webbaserade kurser och lärarledda kurser. Det öppna läromedlet i sin helhet och resultat och analys av testen är inkluderade som bilagor.