La Télédétection.

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1 La Télédétection

2 La télédetection c est quoi?

3 La télédetection c est quoi? La télédétection est une technique permettant d'obtenir de l'information sur des objets en analysant des données collectées par des instruments n'étant pas en contact direct avec ces objets.

4 Valerie Macon

5 En fait, le terme télédétection est généralement réservé à l'observation de la terre au moyen d'instruments placés à bord d'avions ou de satellites. ESA Ign.fr Ign.fr

6 Région du Lac Melville, Canada Image Landsat du 19 juin 1994 pixels 43 m 30 km x 30 km

7 La télédetection comment ça marche? (A) Source d'énergie (B) Interaction du rayonnement avec l atmosphère (C) Interaction avec la cible (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur (E) Transmission, réception et traitement (F) Interprétation et analyse (G) Application

8 (A) La source d'énergie : le rayonnement électromagnétique Capteur actif Capteur passif

9 (A) La source d'énergie : le rayonnement électromagnétique υ=c/λ λ υ : fréquence (Hz) λ : longueur d onde (m) c : vitesse de la lumière (m.s)

10 Le spectre électromagnétique et la télédétection Hyperfréquences Sys. Micro-ondes - ondes radar actif Infrarouge Visible Ultraviolet Système passif

11 Domaine du visible Teinte longueur d onde Saturation mélange de blanc Violet : 0,4-0,446 µm Bleu : 0,446-0,500 µm Vert : 0,500-0,578 µm Jaune : 0,578-0,592 µm Orange : 0,592-0,620 µm Rouge : 0,620-0,7 µm

12 Ultraviolet NASA La terre vu de la lune en ultraviolet (fausses couleurs)

13 Infrarouge L infrarouge thermique (3 à 100 µm) correspond essentiellement au rayonnement qui est émis sous forme de chaleur par la surface de la Terre

14 Image satellite dans l'infrarouge thermique du 01 juillet 1998, 15h00

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16 hyperfréquences

17 hyperfréquences

19 (B) Interaction du rayonnement avec l atmosphère Diffusion et absorption

20 (B) Interaction du rayonnement avec l atmosphère La diffusion : interaction entre le rayonnement incident et les particules ou les grosses molécules de gaz présentes dans l'atmosphère. Son niveau dépend de plusieurs facteurs : longueur d'onde, densité de particules et de molécules, épaisseur de l'atmosphère que le rayonnement doit franchir. Il existe trois types de diffusion: -la diffusion de Rayleigh -la diffusion de Mie

21 (B) Interaction du rayonnement avec l atmosphère la diffusion de Rayleigh : taille des particules < λ (poussière et molécules N et O) Effet plus important sur les courtes λ et dans les couches supérieures de l'atmosphère => ciel bleu la diffusion de Mie : taille des particules ~ λ (poussière, pollen, fumée et eau) Effet plus important sur les plus grandes λ et dans les couches inférieures de l'atmosphère

22 (B) Interaction du rayonnement avec l atmosphère la diffusion non-sélective :taille des particules > λ (gouttes d'eau et particules de poussière) Toutes les longueurs d'onde sont dispersées. (lumière bleue + verte + rouge = blanche => brouillard et les nuages blancs).

23 (B) Interaction du rayonnement avec l atmosphère L absorption : grosses molécules (ozone, dioxyde de carbone et vapeur d'eau) absorbent l'énergie de diverses λ (ex: UV et ozone / CO2, IR et effet de serre) fenêtre atmosphérique: partie du spectre peu sujette à l absorption atmosphérique => utile pour la télédétection

25 (C) Interaction avec la cible Absorption, réflexion et transmission Télédétection : mesure du rayonnement réfléchi par la cible

26 (C) Interaction avec la cible réflexion spéculaire : surface de réflexion lisse, énergie redirigée dans la même direction (cas d un miroir) réflexion diffuse : surface rugueuse, énergie redirigé uniformément dans toutes les directions Généralement combinaison des deux, si λ << rugosité => réflexion diffuse si λ >> rugosité => réflexion spéculaire

27 (C) Interaction avec la cible Exemples :

28 (C) Interaction avec la cible signature spectrale : IR

29 (C) Interaction avec la cible signature spectrale :

30 Image et photographie E. Curtis, 1908 (0,3 et 0,9 µm)

31 Image images numériques ~ images "digitales" (digit = nombre). pixels ~ picture elements (~grains sensibles du film photographique)

32 Image Codage des valeurs

33 Image Codage des valeurs Codage de la luminosité pour chaque pixel par un nombre digital n qui varie de 0 à N-1, N étant le nombre maximal de nuances d intensité. N est codé en format binaire N=2 codé sur 1 bit N=22=4 codé sur 2 bits N=28=256 codé sur 8 bits

34 2 bits 8 bits

35 Image A propos de la résolution

36 Image La résolution indique le nombre de pixels présents dans l image, elle peut être exprimée en pixel/pouce (dpi). >75dpi (3 pixels/mm), image continue pour l oeil.

37 160 x 86

38 320 x 173

39 640 x 346

40 1280 x 691

41 1280 x x 346

42 Image : les couleurs synthèse additive : RVB (Rouge Vert Bleu) = RGB (Red Green Blue) 3 images "fondamentales" codées sur 256 niveaux => ~16 millions de couleurs (256³)

43 Image : les couleurs synthèse soustractive : CMJN (Cyan, Magenta, Jaune, Noir) = CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black)

45 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Capteur actif Capteur passif

46 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution spatiale du capteur: champ de vision instantanée : cône (A) visible par le capteur cellule de résolution (B) = AxC Attention : résolution spatiale du capteur résolution de l image (pixel)

47 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution spatiale du capteur: Résolution spatiale de l'image peut varier du centre à la bordure de l'image

48 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution spectrale du capteur : plus la résolution spectrale est fine, plus les fenêtres des différents canaux du capteur sont étroites

49 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution spectrale du capteur :

50 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution radiométrique du capteur : capacité à reconnaître de petites différences dans l'énergie électromagnétique 4 nuances (2bits) 256 nuances (8 bits)

51 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution spatiale/spectrale/radiométrique du capteur: tout est affaire de compromis

52 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution spatiale/spectrale/radiométrique du capteur: tout est affaire de compromis résolution spatiale élevée => petit champ de vision instantanée => diminution de la quantité d'énergie reçue (pb de résolution radiométrique) => nécessité d élargir l'intervalle de longueurs d'onde détecté par un canal du capteur => diminution de la résolution spectrale

53 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Résolution temporelle Temps de retour du système d observation sur une zone déjà observée Problème de couverture nuageuse Surveillance de l évolution temporelle de certains phénomènes (inondations, séismes, glissements de terrain, maladie s'attaquant aux forêts...) Changements temporels dans l'apparence d'une caractéristique => différencier celle-ci d'une autre

54 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Capteur : photographie Plan focal lentille Région Couvre les longueurs d'onde de 0,3 à 0,9 microns (UV, visible et PIR) très utiles lorsque la résolution spatiale compte plus que la résolution spectrale.

55 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Capteur : photographie couleur Trois fenêtres : bleu, vert et rouge

56 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Capteur : photographie pseudo-couleur (ou couleur IR) trois fenêtres : vert, rouge et une portion du proche infrarouge Traitement : réflexivité vert -> bleu réflexivité rouge -> vert réflexivité PIR -> rouge

57 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Capteur : photographie numérique Pellicule = grille de CCD (dispositif de couple de charges) Réaction individuelle des CCD aux radiations électromagnétiques Production d une charge électronique proportionnelle à l'intensité de l'énergie reçue Valeur numérique attribuée à chaque pixel pour chacune des bandes spectrales utilisées => meilleur contrôle de la résolution spectrale

58 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Capteur : Balayage multispectral plusieurs longueurs d'onde => balayeur multispectral balayage perpendiculaire à la trajectoire miroir détecteurs internes (différentes bandes spectrales), convertissent l'énergie en données numériques. Avions : E~ Satellites : E~10-20

59 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur balayage parallèle à la trajectoire (balayeur à barrettes) ensemble de détecteurs alignés plan focal de l'image lentilles temps de résidence accru -> CVI et bandes spectrales plus petit => à résolution radiométrique constante, ce système à des résolutions spatiale et spectrale plus fines => Plus fiable que le balayage perpendiculaire à la trajectoire car pas de pièces mécaniques

60 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Capteur : infrarouge thermique IR emis par la Terre (3-15 microns) capté par des photodétecteurs sensible au photons IR montés sur des capteurs à balayage perpendiculaire à la trajectoire La résolution en température ~0,1 C => image de température radiative relative (thermogramme)

61 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur infrarouge thermique : thermogramme

62 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Caractéristiques d'un satellite : l'orbite et sa fauchée Altitude 36000km => orbite géostationnaire (météo, télécom)

63 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Caractéristiques d'un satellite : l'orbite et sa fauchée orbite quasi polaire orbite héliosynchrone (même heure locale solaire)

64 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Caractéristiques d'un satellite : l'orbite et sa fauchée orbite ascendante et orbite descendante Si orbite héliosynchrone, orbite descendante du coté éclairé

65 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Caractéristiques d'un satellite : l'orbite et sa fauchée couloir-couvert ou fauchée (10-100km)

66 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Distorsion géométrique des images *l'effet de perspective de l'optique du capteur *le mouvement du système de balayage *le mouvement et la stabilité de la plate-forme *l'altitude, la vitesse et le comportement de la plate-forme *le relief à la surface *la courbure de la Terre et sa rotation. distorsion tangentielle d'échelle

67 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Satellites et capteurs météorologiques Météo => un des premières application civile de la télédetection

68 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Satellites et capteurs d'observation de la Terre Landsat-1 lancé par la NASA en 1972 altitude ~700 km, répétitivité 16 jours fauchée de 185 km scène complète 185 km x 185 km résolution spatiale de 30 m (sauf IR 120 m) Enregistrement sur 8 octets

69 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Satellites et capteurs d'observation de la Terre Domaine Bandes spectral (µm) Application TM 1 0,45-0,52 (bleu) discrimination sol/végétation, bathy/carto cotière TM 2 0,52-0,60 (vert) carto végétation verte TM 3 0,63-0,69 (rouge) plantes à feuilles/sans feuilles TM 4 0,76-0,90 (PIR) types de végétation et de plantes, humidité sol TM 5 1,55-1,75 (IR) humidité sol et plantes; diff neige/nuages TM 6 10,4-12,5 (IR stress de la végétation, humidité sol, therm) cartographie thermique

70 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Satellites et capteurs d'observation de la Terre système SPOT (Système pour l'observation de la Terre) lancé en 1986 par le Centre National d'études Spatiales (CNES) français (+Belgique et Suède) altitude ~830 km, répétitivité 26 jours, Passe l équateur à 10h30 fauchée 60 km (80 km en oblique) résolution spatiale de 10 m

71 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Satellites et capteurs d'observation de la Terre Mode / bande Domaine spectral (microns) Panchromatique (PLA) 0,51-0,73 (bleu-vert-rouge) Multispectrale (MLA) Bande 1 0,50-0,59 (green) Bande 2 0,61-0,68 (red) Mode / bande Domaine spectral (microns)

72 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Satellites et capteurs d'observation de la Terre système IRS (Indian Remote Sensing) lancé 1995 altitude ~830 km, répétitivité 26 jours, Passe l équateur à 10h30 fauchée 60 km (80 km en oblique) résolution spatiale de 10 m

73 (D) Enregistrement de l'énergie par le capteur Satellites et capteurs d'observation de la Terre Domaine Résolution Largeur de Répétitivité (à Capteur spectral spatiale la fauchée l'équateur) (microns) PAN 0,5-0,75 5,8 m 70 km 24 jours LISS-II Vert 0,52-0,59 23 m 142 km 24 jours Rouge 0,62-0,68 23 m 142 km 24 jours Proche IR 0,77-0,86 23 m 142 km 24 jours IR moyen 1,55-1,70 70 m 148 km 24 jours WiFS Rouge 0,62-0, m 774 km 5 jours Domaine Résolution Largeur de Répétitivité (à Capteur spectral spatiale la fauchée l'équateur) (microns)

74 Télédétection par hyperfréquences 1cm < λ < 1m (micro-ondes)

75 Télédétection par hyperfréquences Capteurs actif Radar (RAdio Detection And Ranging) ~ détection et télémétrie par ondes radio capteurs imageurs : 2D capteurs non-imageurs : 1D Première expérience réussie d'une transmission/réflexion d hyperfréquences en 1986 par Hertz

76 Télédétection par hyperfréquences *Bande X : très utilisée en reconnaissance militaire et cartographie. *Bande C : systèmes de recherche aéroportés et spatioportés (ERS-1 et 2 ainsi que RADARSAT). *Bande S : satellite russe ALMAZ. *Bande L : satellite américain SEASAT et le satellite japonais JERS-1, *Bande P : système aéroporté expérimental de

77 Télédétection par hyperfréquences Polarisation : trajectoire du champ électrique Pour les capteurs : -HH -VV -HV -VH

78 Télédétection par hyperfréquences Portée proximale Portée distale

79 Télédétection par hyperfréquences Angle de visée

80 Télédétection par hyperfréquences Résolution azimutale résolution azimutale en utilisant une antenne plus longue

81 Télédétection par hyperfréquences résolution azimutale en utilisant la méthode de l antenne synthétique (SAR) Méthodologie utilisé sur la plupart des radars aéro et spatioportés

82 Télédétection par hyperfréquences Distorsion des images radar

83 Télédétection par hyperfréquences Distorsion des images radar

84 Télédétection par hyperfréquences déplacement du relief (ou repliement): foreshortening

85 Télédétection par hyperfréquences déplacement du relief (ou repliement): layover

86 Télédétection par hyperfréquences déplacement du relief (ou repliement): ombres radars

87 Télédétection par hyperfréquences Interaction avec la cible et apparence de l'image Brillance = f(énergie réfléchie) 1-rugosité de la surface de la cible 2-relation entre visée du radar et surface 3-le taux d'humidité et les propriétés électriques de la cible.

88 Télédétection par hyperfréquences Interaction avec la cible et apparence de l'image 1-rugosité de la surface de la cible 2-relation entre visée du radar et surface 3-le taux d'humidité et les propriétés électriques de la cible. refl. spéculaire diffusion

89 Télédétection par hyperfréquences Interaction avec la cible et apparence de l'image 1-rugosité de la surface de la cible 2-relation entre visée du radar et surface 3-le taux d'humidité et les propriétés électriques de la cible.

90 Télédétection par hyperfréquences Interaction avec la cible et apparence de l'image 1-rugosité de la surface de la cible 2-relation entre visée du radar et surface 3-le taux d'humidité et les propriétés électriques de la cible. Cible humide => diffusion de sa partie sup. Cible très sèche et surface lisse => pénétration de l'énergie radar sous la surface (forêt, sol, sable ou glace) => diffusion volumique Grandes longueurs d'onde pénétrent plus profondément que courtes longueurs d'onde.

91 Télédétection par hyperfréquences Propriétés des images radars chatoiement radar Correction : -le traitement multi-visée -le filtrage spatial.

92 Télédétection par hyperfréquences Propriétés des images radars chatoiement radar Correction : -le filtrage spatial.

93 Télédétection par hyperfréquences Propriétés des images radars correction de diagramme d'antenne -> Produit une tonalité uniforme Plage dynamique = résolution radiométrique Capteurs optiques (ex: Landsat, SPOT) -> 256 niveaux d intensité -> systèmes radar jusqu à niveaux Enregistrements sur 16 bits (65 536) puis réduction à 8 bits (256)

94 Télédétection par hyperfréquences Propriétés des images radars Interprétation d une oblique image radar : -> Convertionvisuelle de distance en distance au sol -> Corriger du diagramme d'antenne -> Réduction du chatoiement -> Étaler l'étendue dynamique entre 0 et 256 niveaux (8 bits) de

95 Télédétection par hyperfréquences Applications des enregistrements radars Radargrammétrie ~ Photogrammétrie

96 Télédétection par hyperfréquences Applications des enregistrements radars Interférométrie -> différence de phase

97 Télédétection par hyperfréquences Applications des enregistrements radars Interférométrie Interférogramme Image radar

98 Télédétection par hyperfréquences Applications des enregistrements radars Interférométrie -> Interférogramme -> MNT

99 Télédétection par hyperfréquences Applications des enregistrements radars Interférométrie : déplacements ->

100 Télédétection par hyperfréquences Applications des enregistrements radars Interférométrie : déplacements -> Séisme (Landers) Galcier (Himalaya)

101 Télédétection par hyperfréquences Interférométrie Bam, 26 décembre 2003 M = 6.5 ->

102 Télédétection par hyperfréquences Capteurs actif

103 Télédétection par hyperfréquences SEASAT (1978) bande L ERS-1 (1991) bande C JERS-1 (1992) bande L RADARSAT (1995) bande C

105 Interprétation et analyse restauration et rectification d'image ->Correction des variations d intensité dues aux variations d illumination, géométrie de visée, conditions atmosphériques, bruit et réponse du capteur ->Correction des distorsions géométriques (orthorectification)

106 Interprétation et analyse restauration et rectification d'image ->Correction des distorsions géométriques (orthorectification)

107 Interprétation et analyse restauration et rectification d'image ->Correction des distorsions géométriques (orthorectification)

108 Interprétation et analyse Rehaussement des images

109 Interprétation et analyse Éléments d'interprétation visuelle Le ton (clarté relative ou teinte), différenciation des cibles et les structures. La forme (structure et contour des objets). La taille (fonction de l'échelle). Le patron (agencement spatial des objets) La texture (arrangement et fréquence des variations de teintes), rugueuse ou lisse, important différencier les structures sur une image radar. Les ombres rehaussent la topographie et les formes géologiques (accentué sur les images radar). L'association (relation cible et entourage)

110 Interprétation et analyse Intégration de l ensemble des données dans un système d'information géographique

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