Montage TF-Live Description Notice d installation Modes d utilisation

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1 Montage TF-Live Description Notice d installation Modes d utilisation

2 Table des matières I. Introduction... 3 II. Contenu de la mallette... 3 III. Installation du programme Installation de Python... 4 a. Installation simple (~40Mo)... 4 b. Installation complète Python(x,y) (~800Mo) Installation du programme TF-Live... 4 IV. Lancement de l application... 5 V. Modes d utilisation du montage Mode TF-Live Mode TF-Pict Mode TF-Draw... 8 Page 2

3 I. Introduction Ce montage a été développé par plusieurs chercheurs du Laboratoire de Physique des Solides de l Université Paris XI 1 pour expliquer comment les chercheurs déterminent les structures atomiques de la matière en utilisant des techniques de diffraction (de rayons X, de neutrons, d électrons). Cette technique est utilisée dans de nombreuses disciplines (physique, chimie, biologie, minéralogie, planétologie etc.) pour étudier la structure de cristaux, de poudres, de liquides et de molécules simples ou extrêmement complexes, comme les structures de protéines ou de macrovirus. La diffraction donne accès à l espace de Fourier (aussi appelé espace réciproque) associé à l objet étudié, qui peut se calculer simplement si la structure étudiée est connue. Le montage proposé permet d imager l espace de Fourier associé à des images vues par une webcam, en direct : le calcul se fait au fur et à mesure de la prise d images webcam. L utilisateur peut ainsi montrer ce qu il désire à la webcam, et observer l image résultant du calcul de transformée de Fourier, et qui correspondrait à l image mesurée en diffraction si l objet était un échantillon éclairé par des rayons X, des neutrons ou des électrons. Dans la suite, une notice d utilisation du montage est proposée, et contient le descriptif du contenu de la mallette, les instructions d installation du programme, et les différents modes d utilisation. Un ordinateur, non fourni avec le montage, est nécessaire pour visualiser le résultat du calcul. II. Contenu de la mallette CONTENU DE LA MALLETTE 1. Webcam Logitech C525 Autofocus 2. Lampe LED Osram 3. Ecran 2 faces : lisse/rugueuse 4. Motifs imprimés 5. Feutre effaçable 6. Rail support 30cm 7. Empilement de billes métalliques ATOMIX 8. Mallette de rangement La webcam (1), la lampe LED (2), l écran (3) et les billes Atomix(7) sont montés sur des supports coulissants ThorLabs à monter le long du rail ThorLabs (6). Tous ces éléments peuvent glisser le long du rail pour ajuster la distance entre chacun d eux. De plus, la hauteur de la webcam et de la lampe peut également être ajustée. La webcam a une tête pivotante, ce qui permet de l orienter dans n importe quelle direction. Elle est aussi autofocus, ce qui permet de toujours avoir une image nette. Le feutre permet d écrire directement sur la face lisse de l écran. Les motifs imprimés se fixent sur l écran à l aide d une mini-pince à linge. 1 Montage : Vincent Jacques, Marianne Imperor, Julien Bobroff ; programme python: Vincent Jacques, Sylvain Ravy ; interface : David Haueur Page 3

4 III. Installation du programme Le programme utilise le langage Python auquel se rajoute une interface graphique. Il faut tout d abord procéder à l installation de Python 2.7 puis télécharger le programme de calcul et d interface graphique comme décrit dans la suite. L installation se fait sous Windows. 1. Installation de Python Deux méthodes sont possibles pour l installation de Python. La première demande peu de ressources mémoire mais doit être faite manuellement. La deuxième demande un espace de stockage plus important mais comporte tous les modules Python utilisés par le programme. a. Installation simple (~40Mo) Il s agit d installer indépendamment Python et les modules complémentaires nécessaires au bon fonctionnement du programme. 1. Installer Python 2.7 depuis 2. Télécharger le dossier modules_python.zip depuis 3. Dézipper le dossier modulesl_python.zip 4. Copier le dossier numpy complet et le fichier cv2.pyd dans le répertoire C:/Python27/Lib/sitepackages/ b. Installation complète Python(x,y) (~800Mo) Il existe une solution d installation complète de python et de tous les modules (dont les modules utiles ici : numpy et opencv), ainsi que des interfaces graphiques comme Spyder (inutiles pour l utilisation de ce montage). Bien que de nombreux modules soient inutiles ici, l installation est simple et évite tout problème de compatibilité entre version de python et de ses modules. Le téléchargement se fait par exemple depuis 2. Installation du programme TF-Live 1. Télécharger le dossier TFLive.zip depuis 2. Dézipper le fichier TFLive.zip 3. Dans le dossier TFLive décompressé à l étape précédente, copier le dossier soft dans C:/Python27/ 4. Dans le dossier TFLive décompressé à l étape 2, copier le dossier capture dans C:/temp/ En cas de problème, contacter Vincent JACQUES à l adresse : vincent.jacques@u-psud.fr Page 4

5 IV. Lancement de l application Avant toute chose, le montage doit être installé, en particulier la webcam doit être connectée à l ordinateur sur lequel le programme a été installé. Si le programme a été installé sur un ordinateur ayant déjà des webcams connectées ou intégrées, les désactiver via le panneau de configuration (dans Panneau de configuration/système/gestionnaire de périphériques/périphériques d acquisition d images, cliquer droit sur la/les webcam(s) à désactiver et cliquer sur Désactiver). Pour lancer le programme de capture vidéo, aller dans C:/temp/capture/soft_simple/ et doublecliquer sur TFLive. Une interface graphique s ouvre, et les images prises par la webcam doivent s afficher sur le panneau de gauche. Si ce n est pas le cas, vérifier que toutes les autres webcams que celle utilisée pour le montage ont été désactivées depuis le panneau de configuration, comme décrit précédemment. Lorsque l interface s affiche, les images prises par la webcam s affichent à gauche. Cliquer sur le bouton Réglage Webcam pour ouvrir la fenêtre de réglages des images prises par la webcam (luminosité, contraste etc.). Pour afficher les images calculées par TF en direct, cliquer sur le bouton Start Live. Ces dernières s affichent alors sur le panneau de droite. Pour mettre fin au calcul, cliquer sur Stop Live. Pour quitter le programme et arrêter la webcam, cliquer sur le bouton Quitter en haut à droite de la fenêtre principale. Description de l interface graphique : Page 5

6 V. Modes d utilisation du montage Le montage peut être utilisé de plusieurs manières pour observer les images calculées par TF dans différentes situations: - en utilisant l Atomix pour simuler différents états de la matière (liquide, polycristallin, monocristallin). - en montrant des images ayant des motifs prédéfinis à la webcam - en dessinant soi-même des motifs à l aide d un feutre effaçable 1. Mode TF-Live Dans ce mode de fonctionnement, le but est d utiliser l Atomix pour simuler les états liquide, polycristallin et monocristallin, et de voir les caractéristiques de la TF dans les différents cas. Cela représente ce que l on observerait sur un cliché de diffraction (de rayons X, de neutrons etc.) si les billes de l Atomix étaient des atomes ou molécules d un échantillon réel. Mise en place du montage : monter sur le rail la webcam, l Atomix et la lampe LED de rétroéclairage, comme sur la photo ci-dessus (la webcam regarde le côté billes de l Atomix, et la lampe éclaire la face blanche de l Atomix)). Connecter la webcam à l ordinateur. La lampe permet de conserver un éclairage identique quel que soit la position du montage. Utilisation : Pour simuler un liquide, saisir l Atomix (toujours fixé au montage complet) et le placer horizontal en l agitant. Si nécessaire, ajuster la hauteur et l orientation de la webcam et sa distance par rapport à l Atomix. L image de TF doit présenter des anneaux diffus concentriques, d autant plus grands que la webcam est éloignée de l Atomix. Page 6

7 Pour simuler un polycristal (ou poudre), agiter l Atomix (toujours fixé au rail du montage complet) et replacer le rail à plat sur une table. L empilement de billes doit présenter des fautes d empilement et des joints de grains. Si suffisamment de grains désorientés ont été créés, l image de TF doit être constituée d anneaux concentriques fins. Contrairement à un liquide, la distance entre atomes (ou molécules) est mieux définie, ce qui fait que les anneaux sont plus fins. Aussi, si la distance entre webcam et Atomix est conservée identique entre le cas liquide et polycristallin, les anneaux observés dans ce dernier cas sont plus grands que ceux obtenus dans le cas d un liquide (car la distance entre atomes est plus petite dans le cas de la poudre que du liquide, et le diamètre des anneaux observés en diffraction est inversement proportionnelle à la distance interatomique). Dans les deux cas, liquide et polycristallin, la symétrie des anneaux (invariance par rotation) reflète l absence d orientation préférentielle de ces états de la matière. Pour simuler un cristal, réaliser un empilement parfait de billes (quelques lacunes peuvent subsister). Pour ce faire, une technique consiste à agiter l Atomix lentement de droite à gauche en commençant par la position horizontale et en continuant ainsi en le ramenant lentement à sa position verticale. On observe alors sur l image de TF des pics d intensité dont l arrangement reflète la symétrie de l empilement de billes (hexagonal) et dont la distance est inversement proportionnelle à la distance interatomique, comme dans le cas du polycristal. 2. Mode TF-Pict Ce mode d utilisation permet de voir l influence de la symétrie de motifs périodiques et de leur période, et d observer comment des pavages quasicristallins ont été découverts grâce à la diffraction. Page 7

8 Mise en place du montage : installer la webcam et l écran sur le rail, et utiliser l écran comme support de fixation des images contenues dans la boîte. L utilisateur peut fabriquer ses propres images pour compléter celles fournies. Utilisation : fixer les images à l aide de la pince sur le support et observer l image de TF correspondante sur l écran de l ordinateur. 3. Mode TF-Draw Ce mode d utilisation permet de laisser libre cours à l imagination des utilisateurs, et peut être utilisé pour construire des motifs petit à petit. On peut par exemple commencer par un point, observer la TF d un point, puis de deux points, puis d une série de points alignés périodiquement, construire un cristal 2D etc. Mise en place du montage : installer la webcam et l écran côté lisse sur le rail support. Utilisation : écrire sur la face lisse de l écran à l aide du feutre effaçable livré dans la mallette. Laisser libre cours à son imagination! Page 8