Caractéristiques géométriques

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1 Caractéristiques géométriques Ressources naturelles Natural Resources Centre canadien Canada de télédétection, Canada Ressources naturelles Canada

2 Caractéristiques géométriques -Aperçu - Examen de la plate-forme et géométrie de la cible Acquisition d image Déplacement apparent du relief (effet de raccourcissement, repliement, occultation ou ombrage) Déformation radiométrique (angle d incidence locale, luminosité de l image) Correction géométrique Principe du géocodage du RSO Méthodes disponibles (distance temps à distance sol, méthode polynomiale, méthode de radargrammétrie) Propagation d erreur du modèle numérique d altitude dans l ortho-image Sources d erreurs et propagation Rééchantillonnage d images

3 Caractéristiques géométriques -Aperçu - Stéréoscopie radar Dichotomie, conséquences, configurations, compromis, lignes directrices Interférométrie Géométrie, points critiques

4 Introduction L objectif de cette section est de décrire les caractéristiques géométriques du RSO, tels que la géométrie de la prise de vue, l interaction avec les cibles, la correction géométrique, la stéréoscopie et l interférométrie. Les caractéristiques géométriques sont très différentes de la télédétection optique et constituent des éléments clés en vue de comprendre la télédétection radar. Le radar est un système de mesure de distance à visée latérale. Les paramètres géométriques clés sont l angle d incidence, l angle d incidence locale et la direction de visée. La géométrie à visée latérale du radar entraîne de nombreuses déformations géométriques, telles que des déformations de l échelle de la distance temps et des déplacements apparents du relief.

5 De quoi s agit-il? Géométrie du RSO Examen de la plate-forme et de la géométrie de la cible Implications de la géométrie du RSO - déplacement (effet de raccourcissement, repliement, occultation, sphéricité de la Terre) - radiométrie Comment la corriger? Méthodes de correction géométrique Algorithmes de rééchantillonnage d images Comment l exploiter? Stéréogrammétrie Interférométrie

6 Géométrie du radar à synthèse d ouverture (RSO) La figure 6.1 présente les caractéristiques géométriques du RSO. L angle d incidence (θ i ) est l angle entre la ligne de visée du radar et la verticale d un lieu en regard du géoïde. L angle d incidence constitue le paramètre le plus important pour permettre la description de la géométrie relative entre le radar et la scène observée. L altitude du capteur transforme l angle d incidence et par le fait même, la géométrie de la prise de vue. La direction azimutale est la direction du vol ou la direction longitudinale. La direction de portée est la direction latérale. La distance temps est la distance mesurée le long d une ligne entre l antenne et la cible. La distance sol est la distance mesurée au sol entre la trace et un objet. La portée proximale est la partie de l image radar la plus rapprochée de la trajectoire de vol (ou du nadir), alors que la portée distale est la partie de l image radar la plus éloignée de la trajectoire de vol.

7 Figure 6.1 Géométrie du RSO Direction du vol Portée proximale Distance temps Altitude Portée distale Distance sol Angle d'incidence Largeur du couloir Azimut

8 Comparaison des géométries de l imagerie L altitude du capteur a un effet important sur la géométrie de la prise de vue du RSO. Les capteurs spatioportés sont situés à une altitude variant entre 600 et 800 km, alors que les capteurs aéroportés sont situés à une altitude variant entre 3 et 12 km. La figure 6.2 montre que les angles d incidence des capteurs aéroportés varient beaucoup plus (entre 15 et 60 ) que ceux des capteurs spatioportés (entre 37 et 40 ). L altitude plus élevée des capteurs spatioportés explique que les angles d incidence sont, de façon générale, plus prononcés.

9 Figure 6.2 Comparaison des géométries de l imagerie RSO SPATIOPORTÉ RSO AÉROPORTÉ aéroporté km spatioporté 25 >500 km COULOIR IMAGÉ

10 Distorsions géométriques Acquisition de distance temps Déplacement apparent du relief repliement effet de raccourcissement occultation ou ombrage NOTE : Toutes ces distorsions géométriques ont des effets sur la radiométrie

11 Distance temps et distance sol du RADAR Comme le montrent les figures 6.3 à 6.5, une image radar peut-être présentée selon la distance temps ou la distance sol. La distance temps constitue le système normal d observation de l image radar, que l on définit comme la ligne de visée entre le radar et chacun des objets réfléchissants. La distance sol est la distance temps projetée sur le géoïde de la Terre. Les données de la distance temps peuvent être converties en distance sol par rééchantillonnage.

12 Figure 6.3 Profil d un terrain à haut relief montrant les phénomènes observés sur l image radar ALTITUDE DU CAPTEUR PAR RAPPORT AU SOL SURFACE DE RÉFÉRENCE DU SOMMET DE LA MONTAGNE ARCS DE PORTÉE CONSTANTE PREMIER ÉCHO PROVENANT DE LA PREMIÈRE MONTAGNE NADIR REPLIEMENT ÉCHO PROVENANT DU FOND DE LA VALLÉE OMBRE RADAR PLAN DE LA DISTANCE TEMPS NADIR FOND DE LA VALLÉE SOMMET FOND DE LA VALLÉE SURFACE DE RÉFÉRENCE DE PREMIER PLAN PLAN DE LA DISTANCE AU SOL

13 Figure 6.4 Distance temps et distance sol du radar Distance temps Distance sol (r GR ) r GR

14 Figure 6.5 Imagerie radar montrant l image en distance temps et en distance sol Exemple d une image en distance temps et en distance sol distance temps distance sol

15 Cellule de résolution La résolution est la distance minimale qui décrit la qualité de discrimination de réflecteurs rapprochés par le radar. La cellule de résolution est tridimensionnelle dans l espace illuminé. L espace occupé par le rectangle à la figure 6.6 est appelé cellule de résolution. r A est le pouvoir séparateur en azimut et r R est la résolution en portée. Source : Raney, 1998

16 Figure 6.6 Cellule de résolution Source: Raney, 1998 r R = résolution en portée r A = résolution azimutale

17 Direction de visée La direction de visée radar est l angle qui, mesuré dans le plan horizontal, correspond à la direction dans laquelle le radar pointe lors de la transmission de l impulsion et la réception du signal rétrodiffusé du sol ou de la cible. À moins qu elles ne soient parfaitement symétriques ou parfaitement aléatoires, les cibles ont une orientation préférentielle. Par exemple, des images radar de cultures agricoles ayant des directions de visée opposées peuvent présenter des tonalités différentes selon l orientation des sillons ou la pratique agricole. Dans les régions à relief élevé, des directions de visées opposées sont parfois désirables afin d obtenir de l information d endroits non visibles en raison de l ombre-radar. Les systèmes à visée fixe tels que RADARSAT, peuvent donner deux directions de visée en utilisant le passage ascendant (visée vers l est) et le passage descendant (visée vers l ouest), voir la figure 6.7.

18 Figure 6.7 Direction de visée Sarawak (Malaisie) Couples stéréo à visées semblables ou opposées S6 descendante S6 ascendante Couple stéréo à visées opposées (orbites descendante et ascendante) difficile à visualiser Couple stéréo à visées semblables (orbites descendantes) - facile à visualiser EL1 descendante

19 Résolution de la distance temps et de la distance sol La figure 6.8 présente les différences d échelle dans les images présentant la distance temps (r R ) et la distance sol (r GR ). Les différences de résolution entre la distance temps et la distance sol sont davantage marquées lorsque les angles d incidence sont petits. Par exemple, la figure 6.8 montre que r R à 10 est de 10 m, alors que r GR à 10 est de 29 m. À 70, r R et r GR convergent.

20 Figure 6.8 Résolution de la distance temps et de la distance sol -

21 Angle d incidence locale La figure 6.9 montre que l angle d incidence locale (θ loc ) se définit comme suit : angle entre la ligne de visée du radar et la ligne normale (ou orthogonale) de la pente à l endroit de la prise de mesure. θ i est l angle d incidence de terre plate ou ellipsoïde. L angle d incidence locale peut avoir un effet important sur la luminosité de l image. C est l angle d incidence locale qui produit la distorsion la plus importante pour l étalonnage radiométrique.

22 Figure 6.9 Angle d incidence locale Source: Raney, 1998

23 Effet de la topographie et de l angle d incidence locale sur la luminosité de l image La pente du terrain à l endroit de la prise de mesure (figure 6.10) peut avoir un effet important sur la luminosité de l image. Au point de prise de mesure, la pente du terrain détermine l angle d incidence locale. Un angle d incidence locale plus petit entraînera une rétrodiffusion plus importante. Un angle d incidence locale plus grand entraînera une rétrodiffusion plus faible. Les effets radiométriques produits par les pentes sont utiles pour certaines applications, telles que la géomorphologie et la géologie.

24 Figure 6.10 Luminosité de l image attribuable à un effet de la topographie θ loc θ loc Plus sombre - angle d incidence locale plus grand θ loc Tonalité nominale Plus brillant - angle d incidence locale plus petit Ombre -radar

25 Angle d incidence pour la diffusion des hyperfréquences : réelle vs processeur La majorité des processeurs pour les données satellitales utilisent des modèles d ellipsoïdes au niveau de la mer afin d effectuer leurs calculs géométriques et radiométriques (figure 6.11). Par conséquent, presque toutes les images présentent des distorsions en raison des effets topographiques (voir les figures 6.12 et 6.13).

26 Figure 6.11 Angle d incidence pour la diffusion à hyperfréquences: réelle vs processeur réelle Terrain réel Supposée Géoïde type au niveau de la mer

27 Figure 6.12 Effets causés par l angle d incidence locale EFFETS D ANGLE D INCIDENCE LOCALE CCT/ASC/CRDI: CANADA survol aéroporté C-HH

28 Déplacement topographique apparent En raison des différentes géométries de prise de vue entre les systèmes radar et optique, telles que présentées aux figures 6.13 et 6.14, le déplacement topographique apparent varie d un système à l autre. Pour le radar, le déplacement horizontal est plus important près du nadir et diminue proportionnellement à l augmentation de l angle d incidence (figure 6.13). Le déplacement horizontal peut être considérable lorsque les angles d incidence sont petits (voir figure 6.13). À l opposé, pour les systèmes optiques (figure 6.14), le déplacement topographique apparent est directement proportionnel à la tangente de l angle d incidence.

29 Figure 6.13 Déplacement topographique apparent Capteur radar θ Direction de prise de vue apparente Sommet Surface de référence Projection orthographique du sommet Déplacement horizontal d'un sommet de 100 mètres (m) Aéroporté θ Projection du sommet de la distance sol du radar Satellite Source: Toutin, Th. et Y. Carbonneau, 1992, MOS and SEASAT Image Geometric Correction, IEEE-TGARS, vol. 30, n o. 3, pp

30 Figure 6.14 Déplacement topographique apparent Capteur optique Capteur optique Selon des triangles similaires θ θ nadir Surface de référence Capteur optique Déplacement horizontal d'un sommet de 100 mètres (m) θ

31 Distorsion géométrique - ombre L ombre-radar indique des endroits au sol qui ne sont pas illuminés par le radar en raison de la géométrie de la prise de vue et du relief du terrain (figure 6.15). Puisqu aucun signal de retour n est reçu, l ombreradar a une tonalité très sombre (figure 6.16). On rencontre fréquemment l ombre-radar dans des régions à relief important où les anges d incidence sont importants. La hauteur d un objet (immeuble, pont, etc.) peut être obtenue par l entremise de l ombre-radar.

32 Figure 6.15 Ombre-radar illumination surface d'onde lieu distorsion ombre Source: Raney, 1998

33 Figure 6.16 Ombre-radar du RSO aéroporté EXEMPLE D'OMBRE-RADAR Sarawak, Malaisie RSO aéroporté C-HH L'image est une courtoisie du CCT et MACRES

34 Distorsions géométriques effet de raccourcissement L effet de raccourcissement est l aspect de compression des éléments topographiques du terrain. Le déplacement horizontal causé par l angle d incidence provoque l effet de raccourcissement de la pente faisant face au radar. Les éléments semblent être penchés vers le radar (figures 6.17 et 6.18). On atteint un effet de raccourcissement maximal lorsqu une pente inclinée se trouve à angle droit avec le faisceau radar.

35 Figure 6.17 Effet de raccourcissement illumination front d onde scène déplacement effet de raccourcissement Source : Raney, 1998

36 Figure 6.18 Effet de raccourcissement EXEMPLE D EFFET DE RACCOURCISSEMENT Comparaison de deux méthodes de géocodage (ERS-1) Charlevoix (Québec) Correction géométrique avec MNA Correction géometrique sans MNA Résolution spatiale: 30 m Agence spatiale européenne Source : DeSève, Toutin & Desjardins, IJRS, 17(1): , 1996.

37 Distorsion géométrique repliement Le repliement est le cas extrême d effet de raccourcissement, qui se produit lorsque l angle d incidence est plus petit que la pente topographique à l endroit de la prise de mesure (figure 6.19). Au-delà d un certain déplacement horizontal, le repliement entraîne une superposition du sommet et de l avant-pente (figure 6.20). Dans les cas de repliement, il n y a généralement que peu ou pas d ombre radar mais un déplacement apparent important du relief et un raccourcissement de l avant-pente. Il est difficile d interpréter ces données puisque chaque pixel peut contenir de l information de rétrodiffusion provenant de surfaces importantes.

38 Figure 6.19 Repliement ilumination θ i front d onde distorsion scène repliement Source: Raney, 1998

39 Figure 6.20 Effets du repliement sur l imagerie RSO (Lima, Pérou)

40 Correction géométrique La correction géométrique comprend les corrections de distance temps à distance sol, au calage d images et à l angle d incidence locale (si l information topographique est disponible). Elle permet d établir une correspondance entre la position de points sur l image finale et leur localisation sur une projection cartographique donnée. Elle consiste à introduire des décalages spatiaux à l image originale (figure 6.21).

41 Correction géométrique (suite) Les algorithmes sont classés selon trois méthodes la méthode distance temps à distance sol (aucun relief) la méthode polynomiale (approximation de l ajustement) la méthode de radargrammétrie (la géométrie du capteur est connue) La dernière méthode utilise l information relatifs sur l altitude du terrain. Les renseignements sur l altitude du terrain (MNA) sont nécessaires afin de corriger les distorsions causées par le déplacement topographique apparent. Toutes les méthodes utilisent une fenêtre de rééchantillonnage lors du redressement des images.

42 Correction géométrique (suite) Le relief du terrain entraîne également des distorsions radiométriques ne pouvant pas être complètement corrigées. Le rééchantillonnage de l image peut entraîner des erreurs radiométriques. Un masque du repliement et de l ombre-radar et une carte des angles d incidence locale sont utiles pour de nombreuses applications. Des points d appui au sol (GCP) sont utilisés afin d établir et (ou) d améliorer la transformation.

43 Figure 6.21 Principe de géocodage des images RSO Interpolation du niveau de gris (rééchantillonnage) Image radar Assignation du niveau de gris Transformations de carte à image Modèle numérique d altitude Image géocodée

44 Conversion de la distance temps en distance sol Les données RSO sont acquises en distance temps. La conversion des données en distance sol est utilisée afin de projeter les images acquises. Vous devez connaître (ou présumer) la géométrie de la prise de vue, l altitude de la plateforme, le retard de distance et l élévation du terrain. Le rééchantillonnage est utilisé afin de donner un espacement uniforme aux pixels (en distance sol) sur toute la largeur de l image.

45 Conversion de la distance temps en distance sol La conversion de la distance temps en distance sol peut s effectuer lors du traitement du signal ou lors du traitement de l image. De façon générale, on effectue cette conversion après avoir effectué des corrections radiométriques. L approche et les algorithmes utilisés sont choisis en fonction des objectifs de l analyse. RADARSAT effectue ses calculs de distance sol en utilisant un ellipsoïde au niveau de la mer sans relief comme modèle de terrain.

46 Transformations polynomiales du calage d images On utilise un ajustement optimal afin d effectuer une transformation polynomiale. La figure 6.22 montre comment une image non corrigée est modifiée afin de correspondre à une projection cartographique, selon différents ordres. Veuillez noter que le premier ordre est une translation-rotation de l image, alors que le troisième ordre constitue une déformation complexe de l image. Les transformation polynomiales du premier ordre sont appropriées pour les images qui ne nécessitent qu une translation-rotation et des mises à l échelle. Les transformations polynomiales de deuxième ordre sont utilisées lorsqu il est nécessaire d apporter des déformations non-linéaires aux images. Le troisième ordre de transformations polynomiales et les ordres subséquents produisent des transformations d images un peu plus complexes.

47 Figure 6.22 Transformations polynomiales du calage d images Premier ordre Deuxième ordre Troisième ordre Image corrigée Image non corrigée Source: PCI, Chapitre 6, 1997

48 Ordre de transformation polynomiale Les ordres de transformation les plus élevés exigent un plus grand nombre de points d appui au sol (GCP) afin de calculer le modèle de transformation. Un ordre plus élevé ne garantit pas un degré d exactitude supérieur. De façon générale, un ordre plus élevé ajuste l image autour des GCP, mais peut faire augmenter les erreurs entre les GCP.

49 Méthode de radargrammétrie Définition analytique des distorsions au cours de la formation de l image. relative à la plate-forme (données éphémérides et auxiliaires) relative au capteur (temps d intégration, durée d impulsion, angle de dépression) relative à la Terre (géoïde, relief) Le résultat est une «ortho-image» corrigée de toutes les déformations incluant le relief.

50 Méthode de radargrammétrie - avantages Une référence unifiée : système cartographique. La correction de l image par rapport au terrain. Un seul rééchantillonnage par image (s effectue directement de la distance temps vers la projection de la carte, aucune conversion intermédiaire par rapport au sol n est nécessaire). L homogénéité dans la génération des ortho-images. L utilisation d un MNA ou d une altitude moyenne. Une meilleure intégration aux SIG ou aux cartes numériques. La compréhension et le contrôle de la totalité du traitement géométrique et des erreurs consécutives. La figure 6.23 présente une comparaison de deux techniques de géocodage (radargrammétrie et polynomial).

51 Figure 6.23 Comparaison de deux méthodes de géocodage EXEMPLE D EFFET DE RACCOURCISSEMENT (ERS-1) Charlevoix (Québec) Correction géométrique avec MNA Correction géometrique sans MNA Résolution spatiale: 30 m Agence spatiale européenne

52 Méthode de radargrammétrie En plus des GCP, cette méthode requiert de l information sur la plate-forme et le capteur ainsi qu un MNA ou des données d altitude moyenne. L information au sujet de l orbite et du capteur est habituellement disponible dans les en-têtes de produits radar (par exemple, le fichier en-tête CEOS (CEOS leader file)). La précision planimétrique de l ortho-image finale dépend de la précision des GCP et du MNA. La figure 6.24 présente les courbes associées à l erreur planimétrique de l ortho-image en fonction de l angle de prise de vue (incidence) et de la précision du MNA.

53 Figure 6.24 Erreur planimétrique des ortho-images Précision MNA (mètres) Erreur planimétrique (metres) Modes et faisceaux de RADARSAT Fin Standard Large Angle de prise de vue (degrés) Source : Toutin, 1995

54 Erreur planimétrique des ortho-images Cas d étude Cas n o 1 Situation Cas n o 2 - Désire une précision planimétrique de 20 mètres et l utilisateur possède un MNA d une précision de 10 mètres (en altitude). Options d acquisition RADARSAT - tout mode au-delà de 25 Situation - L utilisateur possède un MNA d une précision de 40 mètres (en altitude) et a acquis une image RADARSAT en mode Fin Faisceau 3 Précision planimétrique maximale prévue - 35 mètres Source: Toutin et Rivard, Journal canadien de télédétection, 23(1) 63-70, 1997

55 Figure 6.25 Erreur planimétrique des ortho-images Précision MNA (mètres) Cas n o 2 Cas n o 1 Erreur planimétrique (metres) Angle de prise de vue (degrés) Modes et faisceaux de RADARSAT Fin Standard Large Source: Toutin, 1995

56 Origines et propagation des erreurs Approximations liées à la modélisation mathématique Position et définition des GCP sur l image Coordonnées cartographiques des GCP (planimétrie et altimétrie) Imprécisions ou erreurs associées aux MNA Fenêtre de convolution de rééchantillonnage

57 Comparaison entre les approches actuelles Méthode polynomiale Ne modélise pas la géométrie de la prise de vue Aucun lien avec les distorsions Ne tient pas compte des données d éphémérides N utilise pas de MNA Corrige l image au voisinage des GCP Peut nécessiter beaucoup de GCP Sensible à la distribution des GCP Méthode de radargrammétrie Modélise la géométrie de la prise de vue Reflète les distorsions Utilise les données d éphémérides Utilise un MNA Corrige l image de façon globale Nécessite peu de GCP (5-8) Indépendante de la distribution des GCP

58 Bref aperçu du géocodage Le géocodage est une correction géométrique des données d une image selon une projection cartographique. La méthode traditionnelle de géocodage utilise la transformée polynomiale. Cette méthode ne tient pas compte de la géométrie de la prise de vue et n utilise pas les données d altitude afin de rectifier les effets liés à la topographie. La méthode de géocodage la plus précise est la méthode de radargrammétrie. Les principaux avantages de la méthode de radargrammétrie sont entre autres : (1) la modélisation de la géométrie de la prise de vue, et (2) l utilisation des données d éphémérides des satellites et des données d altitude pour corriger les effets liés à la topographie.

59 Algorithmes de rééchantillonnage des images Les pixels de l image d entrée n ont pas la même orientation (et parfois une dimension différente) que celle de l image de sortie. Les pixels doivent donc être rééchantillonnés. Lors d un rééchantillonnage, on lit les valeurs numériques de l image originale, on en fait l interpolation, ce qui permet ensuite de calculer les valeurs à l emplacement des pixels de l image corrigée. La figure 6.26 démontre de quelle façon les pixels de la matrice corrigée diffèrent des pixels de la matrice originale.

60 Algorithmes de rééchantillonnage des images De nouvelles valeurs numériques sont assignées aux nouvelles positions par une interpolation effectuée à l aide des valeurs des pixels entourant cette position. Un filtrage devrait être effectué pendant le rééchantillonnage afin d éviter un rééchantillonnage multiple de l image, qui peut dégrader et réduire la possibilité d interprétation de l image. Les principaux algorithmes d interpolation sont : Plus proche voisin Interpolation bilinéaire Par convolution cubique Sinx / x La méthode du plus proche voisin est déconseillée pour les images radars parce qu elle peut produire des artefacts et fausser les statistiques de l image.

61 Figure 6.26 Rééchantillonnage de l image par interpolation bilinéaire Matrice corrigée géométriquement Matrice originale Source : PCI, chapitre 6, 1997

62 Interpolation bilinéaire Calcule le niveau de gris à l aide d une moyenne pondérée des quatre pixels de l image originale les plus proches. Plus le pixel est proche du point à calculer, plus sa pondération est élevée. Non optimal pour des images radars comportant beaucoup de chatoiement. Diminue la «rugosité» de l image de sortie. Modifie les niveaux de gris. Brouille les contours de l image et diminue la résolution.

63 Convolution cubique Utilise une moyenne pondérée de seize pixels voisins afin d évaluer le valeur numérique des points formant l image corrigée. Bon calage d images et belle apparence.

64 Sinx / x Effectue un échantillonnage pondéré à l aide d une fonction de la forme sinx / x afin de calculer l image de sortie. Largeur d environ 18 ou 16 pixels. Procure une précision géométrique et radiométrique optimale. Requiert jusqu à trente fois plus de ressources informatiques (temps machine et (ou) mémoire) que la méthode du plus proche voisin.

65 Rééchantillonnage sommaire La méthode du plus proche voisin ne doit pas être utilisée pour l imagerie radar. Les méthodes sinx / x et de convolution cubique sont recommandées. Des rééchantillonnages multiples ont pour effet de dégrader la radiométrie de l image et de réduire la possibilité d interprétation. Le filtrage devrait être effectué en même temps que la correction géométrique afin d éviter un rééchantillonnage multiple.

66 Stéréoscopie radar La prise de vue en stéréo reproduit le processus naturel de stéréovision. Le traitement stéréo requiert que deux images soient acquises à partir de positions légèrement différentes (les angles d incidence doivent être différents). Mieux adaptée aux images dans le visible et le proche infrarouge qu aux images RSO. Permet d obtenir les éléments planimétriques dans un système de coordonnées cartographiques sans MNA.

67 Stéréoscopie radar (suite) Afin de percevoir et de recueillir de l information qualitative et (ou) quantitative dans le système de référence de l utilisateur. qualitatifs - analyse et interprétation quantitatifs - planimétrie (route, lac, couloir de transport d énergie) - altimétrie (relative ou absolue) La précision de l information planimétrique est indépendante de la précision associée à l altimétrie.

68 Conséquences de la stéréoscopie radar Les résultats stéréo obtenus sont variables. Les résultats expérimentaux ne concordent pas clairement avec les prédictions théoriques, spécialement pour une topographie accidentée. La modélisation théorique tient compte d une propagation des erreurs géométriques et mais pas du contenu radiométrique de l image. Les différences de radiométrie entre les images ont un impact plus important sur les images RSO que sur les images optiques. On doit faire un compromis entre les propriétés géométriques et radiométriques du couple stéréoscopique.

69 Configurations stéréo Des prises de vue effectuées de directions ou d angles d incidence différents peuvent résulter en images très différentes. Cela peut rendre la vision stéréo et la corrélation d image plus difficile que l imagerie optique. Les disparités radiométriques sont définies comme des différences de tons entre des scènes obtenues à partir de capteurs stéréo ayant des prises de vue dont la géométrie est différente (par exemple, un changement dans les ombres ou la luminosité causé par un angle d incidence différent). Les disparités géométriques sont des différences géométriques entre des scènes obtenues à partir de capteurs ayant des prises de vue dont la géométrie est différente. Elles sont nécessaires au procédé stéréoscopique parce qu elles introduisent une parallaxe d altitude. Cependant, de fortes disparités géométriques peuvent rendre certains éléments méconnaissables d une scène à une autre.

70 Configurations stéréo (suite) Dans des images RSO, des disparités géométriques trop accentuées engendrent des disparités radiométriques, rendant l appariement d images plus difficile. On doit faire un compromis entre les disparités géométriques et radiométriques afin que la méthode stéréo puisse être adaptée aux images RSO. Ce compromis dépend fortement du relief topographique de la région à étudier.

71 Configurations stéréo (suite) La figure 6.27 représente les effets de parallaxe radar dans deux situations. Dans un cas, les capteurs sont de chaque côté de la cible, et dans l autre, ils sont du même côté. Lorsque les capteurs sont de côtés opposés de la cible, la parallaxe du radar est grande, mais les disparités géométriques et radiométriques sont également grandes. Lorsque les capteurs sont du même côté, la parallaxe est plus faible, mais les disparités géométriques et radiométriques sont, elles aussi, plus faibles. On doit donc faire un compromis entre les aspects géométriques et ceux de la radiométrie (figure 6.28).

72 Figure 6.27 Configurations stéréo Côté opposé Même côté SOLUTION Fortes disparités géométriques Fortes disparités radiométriques Faibles disparités géométriques Faibles disparités radiométriques

73 Figure 6.28 Compromis associé à la stéréoscopie radar Corrélation par points Parallaxe Intersection stéréo Projection des coordonnées Manuelle ou automatisée Erreurs de radiométrie Compensation des moindres carrés Erreurs géométriques Disparités radiométriques TERRAIN Disparités géométriques Quantité accrue mais qualité moindre Quantité réduite mais qualité améliorée COMPROMIS COMPROMISE APPLICATIONS

74 Stéréoscopie radar Directives générales pour l extraction MNA Relief Pentes Plat 0-10 Vallonné Montagneux Disparité radiométrique Faible Moyenne Grande Disparité géométrique Grande Moyenne Faible Compromis Côté opposé avec de petits angles de visée Même côté avec un grand angle d intersection Même côté avec un petit angle d intersection et de grands angles de visée S1 asc - S1 desc S7 - S1 (asc ou desc) S7 - S4 (asc ou desc) Configurations stéréos RADARSAT F1 asc - F1 desc F5 - F1 (asc ou desc) F4 - F1 (asc ou desc) Source : Toutin, IEEE-TGARS, 37(5): , 1999

75 Interférométrie à passage répété Fondé sur deux images de la même scène recueillies lors de deux passages du satellite avec une orbite légèrement différente. Les renseignements associés à la phase contenus dans les deux fichiers de données de l image sont ensuite superposés. Pour chaque pixel, les deux valeurs de phase sont soustraites, résultant en un interférogramme contenant seulement la différence de phase entre les images originales. Les différences de phase peuvent ensuite être associées à des variations d altitude pour tous les points du couloir exploré et ainsi permettre la construction d un modèle numérique d altitude (MNA).

76 Limites de l interférométrie RADARSAT Questions délicates ou exigences essentielles Doit utiliser un seul faisceau en produits SLC Aucun changement à la rétrodiffusion, préférablement sec, afin de maintenir la cohérence (les zones de végétation créent des problèmes) Les résultats peuvent être affectés par une propagation anisotrope de l une ou des deux images (principalement causée par une variation de la quantité de vapeur d eau dans l atmosphère) Pour la cartographie topographique, les orbites RADARSAT devraient être séparées d environ 0,5 à 1,5 km Pour détecter le mouvement du terrain, les orbites doivent être le plus rapprochées possible Des points d appui au sol (GCP) sont nécessaires La connaissance de la position du capteur est essentielle; le choix de l orbite est important

77 Limites de l interférométrie RADARSAT (suite) Avec une bonne ligne de base et une bonne cohérence, cette technique pourrait être supérieure à la stéréoscopie (précision verticale d environ 10 m)

78 MÉTHODOLOGIE TYPIQUE DE TRAITEMENT D IMAGE RSO QUALITATIVE AMPLITUDE Valeur numérique (VN) AMPLITUDE + PHASE Image singulière complexe (VN I + VN Q ) QUANTITATIVE ANALYSE DE TEXTURE (intrant) EXTRACTION DE TRAITS AUTOMATISÉE - seuillage local - détections des contours, linéaments - filtres directifs (Sobel, etc.,) STÉRÉOSCOPIE - interprétation du terrain FILTRE (réduction de chatoiement) - filtres adaptatifs - filtres non adaptatifs AMÉLIORATION D IMAGE (pour interprétation visuelle) - filtres passe-haut - filtres passe-bas - filtres TRF - étirement de contraste σ ou β (intensité) CONVERSION DE VN À : σ ou β (db) FILTRE (réduction de chatoiement) - filtres adaptatifs - filtres non adaptatifs INTERFÉROMÉTRIE - production d un MNA - image de cohérence - détection de changement au sol AUTRES DONNÉES - RSO diachronique - Télédétection optique - géophysique - polygones ou vecteurs thématiques (SIG) -etc. EXTRACTION D INFORMATION -carte d information à valeur ajoutée FUSION DE DONNÉES - espace de couleur RVB intensité, teinte et saturation - analyse en composantes principales - superposition de vecteurs CORRECTION GÉOMÉTRIQUE - ortho-rectification à l aide de MNA - conversion distance temps/sol - transformation polynomiale CALCUL DE SIGNATURES D OBJECTIFS STÉRÉOSCOPIE - production d un MNA - extraction d éléments planimétriques DÉTECTION DE CHANGEMENT (rapport, différence, etc.) ÉVALUATION DE LA PRÉCISION CLASSIFICATION - avec supervision Centre canadien de télédétection, - sans supervision Ressources naturelles Canada CONVERSION DE VALEURS DE PUISSANCE EN db exemple, σ (db) = 10 log 10 ( X ) MODÉLISATION - rétro diffusion théorique -extraction des paramètres géophysiques