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GEO2522-Séance 1 LES IMAGES NUMÉRIQUES DE TÉLÉDÉTECTION.

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1 GEO2522-Séance 1 LES IMAGES NUMÉRIQUES DE TÉLÉDÉTECTION

2 Matière Quest-ce que la télédétection numérique? Quest-ce quon mesure en télédétection? Cest quoi une image numérique de télédétection?

3 Quest-ce que la télédétection? La télédétection est un domaine scientifique et technique dont le but est lacquisition dinformations sur lenvironnement terrestre par le biais de mesures du rayonnement électromagnétique provenant des objets. Les mesures sont prises par des appareils spécialisés, les capteurs, à bord des plates- formes aériennes ou spatiales. Les capteurs modernes génèrent leurs données de mesure du rayonnement sous forme numérique

4 Quest-ce que la télédétection numérique? La télédétection numérique porte sur lacquisition, le traitement et lanalyse des données numériques de la télédétection. Numérique? Réponse : codage binaire 0 et 1

5 Que signifie rayonnement électromagnétique provenant des objets? Un objet (ou cible) désigne la matière peu importe le niveau de sa perception. Ex. Selon la distance qui sépare le capteur de la surface terrestre et les caractéristiques de cet appareil, un objet peut être: une feuille, un arbre, un peuplement forestier ou la forêt dans son ensemble…. (explications)

6 Que signifie rayonnement électromagnétique provenant des objets? Le rayonnement électromagnétique est une forme dénergie dynamique générer par une source qui se propage dans lespace (aussi vide que matériel). Dans le vide la vitesse est de 3 x 10 8 m/sec (vitesse de la lumière). Selon les deux théories en usage aujourdhui cette propagation se fait soit sous forme dondes (mouvement ondulatoire) soit sous forme de microparticules, les photons. Ces deux théories ne sont pas en contradiction. Leur usage dépend de léchelle dobservation (macro ou micro), du type du rayonnement ÉM et de lappareil de mesure du RÉM. (explications) Pour le moment on va se tenir à la notion du rayonnement se propageant en suivant un mouvement ondulatoire.

7 Que signifie rayonnement électromagnétique provenant des objets?

8 Que signifie rayonnement électromagnétique provenant des objets? Un objet terrestre génère du rayonnement naturellement à cause de processus physiques internes (agitation moléculaire, réaction nucléaires, etc.). Un objet peut réagir lorsque soumis à un rayonnement externe et générer son propre rayonnement (phénomènes de réflexion, diffusion, dispersion, fluorescence, etc.). Ce rayonnement externe peut provenir dune source naturelle comme le soleil ou une source artificielle comme un radar. Le rayonnement émis naturellement ou après interaction avec du rayonnement externe constitue la donnée de base de la télédétection.

9 Que signifie rayonnement électromagnétique provenant des objets? Le RÉM produit naturellement par les objets ou générer par des sources externes couvre un large spectre de longueurs donde (ou de fréquences).

10 Cependant, pour la télédétection de la surface terrestre, toutes les parties du spectre ne sont pas entièrement disponibles (absorption atmosphérique) ou elles ne portent pas une information valable (ondes radio de longueur donde > 1m). Que signifie rayonnement électromagnétique provenant des objets?

11 Les zones spectrales dintérêt Le visible (0,4-0,7 m) Le PIR (0,7-1,1 m) LIROC (1,1-3 m) LIRT (8-14 m) Les micro-ondes (3cm –30 cm) Partie optique

12 Un capteur dans les bandes spectrales dintérêt mesure lénergie du rayonnement ÉM (Joule) provenant des objets. Pour quil puisse générer des mesures utiles, il faut quil observe un objet pendant un court laps de temps (fraction de la seconde). Puisque chaque capteur a sa propre spécification pour ce laps de temps on utilise une quantité normalisée: énergie/laps de temps Flux ou Puissance (Watt=Joule/sec) Chaque capteur mesure le flux du RÉM provenant dune surface plus ou moins grande selon un angle de visée variable. Puisque chaque capteur a ses propres spécifications on utilise une autre quantité normalisée pour exprimer la mesure de télédétection: Luminance ou Brillance : (Watt/unité de surface/par angle solide dobservation) Quelle est la propriété de base du rayonnement EM que lon mesure?

13 Comme nous le verrons plus tard, un capteur peut prendre plusieurs mesures en quasi-synchronisme du flux du RÉM en faisant varier une ou plusieurs autres propriétés du RÉM telles la longueur donde, la polarisation, la phase et la direction de propagation. Ceci dépend du type du rayonnement mesuré. Alors, on peut dire ceci concernant le postulat de la télédétection: Chaque objet selon ses propriétés physicochimiques et ses caractéristiques géométriques réfléchit ou émet des quantités variables du RÉM. En mesurant à distance la quantité du RÉM provenant des objets, selon une ou plusieurs propriétés du RÉM, nous sommes en mesure de les identifier, de décrire leurs propriétés géométriques et dextraire des informations sur leurs propriétés physicochimiques. Quelle est la propriété de base du rayonnement EM que lon mesure?

14 Quest-ce quun capteur numérique? Un appareil conçu pour la mesure du flux du RÉM à distance. Pour ce faire, il possède: -Un système pour viser un objet et collecter le RÉM provenant de cet objet; -Un système pour traduire le flux à un signal électrique mesurable -Un système pour codifier le signal et enregistrer les mesures sur medium informatique ou les télémétrer vers une station de réception terrestre

15 Selon lorigine du rayonnement : -Les capteurs passifs mesurent le flux du RÉM qui existe dans la nature indépendamment deux (rayonnement émis par les objets; rayonnement solaire réfléchi) -Les capteurs actifs mesurent le flux du RÉM produit par leur propre source (laser, source micro-ondes) qui lui est retourné après interaction avec les objets. Quest-ce quun capteur numérique?

16 Selon la constitution du système de collecte du RÉM: -Les capteurs optiques: on se sert déléments doptique (miroirs, lentilles) pour recueillir le RÉM avec des longueurs donde UV proche, visible, infrarouge. Lorsque le capteur est actif les éléments doptique servent aussi à concentrer le RÉM émis dans un « faisceau » étroit dirigé vers lobjet visé; -Les capteurs à antennes: on se sert des antennes avec leurs circuits électriques pour recueillir le RÉM (micro- ondes). Lorsque le capteur est actif lantenne sert aussi à concentrer le RÉM émis dans un « faisceau » étroit dirigé vers lobjet visé. Quest-ce quun capteur numérique?

17 Dans notre cours nous mettrons laccent sur: -Des capteurs optiques passifs: le type du rayonnement ÉM mesuré est soit le rayonnement solaire réfléchi par les objets (VIS, PIR, IROC) ou le rayonnement émis par les objets (IRT); -Des capteurs à antennes actifs: On mesure le flux du rayonnement émis dans les micro-ondes (environ 1 cm à 1 m de longueur donde) par une source artificielle qui, après interaction avec la surface terrestre, parvient au capteur. Nous donnerons aussi quelques détails sur un capteur optique actif utilisant une source laser. Quest-ce quun capteur numérique?

18 Comment opère un capteur numérique? Lopération dun capteur comporte un double échantillonnage: -Un échantillonnage spatial pour la collecte du RÉM -Un échantillonnage électronique pour la mesure du RÉM collecté par échantillon spatial 255 Signal vidéo (Voltage variable dans le temps) Convertisseur Analogique/ Numérique Capteur objets Échantillonnage spatial Échantillonnage électronique

19 Léchantillonnage spatial Différents patrons déchantillonnage: -Échantillonnage 2-D partiel -Échantillonnage 2-D exhaustif -Autres…

20 Léchantillonnage spatial Un exemple dun échantillonnage 2-D partiel

21 Comment se forme une image numérique? Échantillonnage spatial 2-D exhaustif du RÉM

22 Comment se forme une image numérique? Deux façons déchantillonner Balayage et instantané Optique instantané Optique balayage Radar (balayage) On se sert de la direction de propagation du RÉM pour positionner un échantillon spatial par rapport aux autres On se sert du temps aller retour du signal émis par le radar pour positionner un échantillon spatial par rapport aux autres

23 Comment se forme une image numérique? Échantillonnage électronique du signal

24 Codification Les valeurs numériques sont des entiers (par convention = codage) toujours positifs échelle 8 ou 16 bits Lunité de base = le bit / Deux états possibles 0 ou 1 Un octet ou 8 bits (byte) 2 octets ou 16 bits

25 Codification Le code binaire: un nombre entier positif est formé en assignant à chaque bit dun groupe (1 octet, 2 octets, …) une puissance de 2 En 16 bits donc 2 16 (65536) valeurs possibles : = (2 8 ) valeurs possibles : 0-255

26 Codification

27 Le code binaire: au cours de divers traitement léchelle originale peut être transformée à une échelle avec des entiers positifs et négatifs ou des réels. Exemple dun système « valeur absolue et signe », le nombre entier est formée en assignant à chaque bit dun groupe moins 1 bit (1 octet, 2 octets, …) une puissance de 2, le dernier bit 0=positif 1=négatif Donc 16 bits avec signe valeurs possibles : à = +90 valeurs possibles : -127 à = - 90

28 Le résultat de ce double échantillonnage = image numérique Image numérique = un tableau des nombres entiers = une matrice = un raster Une matrice carrée Une matrice rectangulaire Un vecteur ligne

29 Une image numérique de télédétection nest quun tableau de nombre entiers qui représentent la quantité du rayonnement électromagnétique réfléchi ou émis des objets telle que codifiée par le capteur. Nous pouvons la visualiser comme une image standard et lanalyser par ordinateur

30 La visualisation dune image numérique

31 Et si lon prend plusieurs mesures du flux en faisant varier une ou plusieurs propriétés du RÉM? Le capteur génère autant des matrices que les mesures prises (ou image multi-composante) Nous pouvons en choisir 3 et les visualiser en simultané comme une image couleur ou analyser lensemble par ordinateur Ci-contre exemple dun capteur imageur du rayonnement solaire réfléchi qui effectue 4 mesures en simultané du flux en faisant varier la longueur donde (ici plutôt bandes de longueurs donde)

32 Est-ce quon peut restituer la quantité du flux en sachant la valeur numérique? Oui pourvu que le capteur soit étalonné Le plus souvent: étalonnage linéaire Luminance = a*VN + b a = gain b = offset Exemple des fonctions détalonnages utilisées pour les images du capteur ETM+ de Landsat


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