Système d’information géographique et télédétection

Au menu - Cours 6 Concepts d’acquisition d’image de télédétection (partie 1) Pré-traitement des images de télédétection Corrections radiométriques et atmosphériques Corrections géométriques Amélioration d’images (semaine prochaine)

Acquisition d’image Télédétection Qu'est-ce que la télédétection ? « La télédétection est la technique qui, par l'acquisition d'images, permet d'obtenir de l'information sur la surface de la Terre sans contact direct avec celle-ci. La télédétection englobe tout le processus qui consiste à capter et à enregistrer l'énergie d'un rayonnement électromagnétique émis ou réfléchi, à traiter et à analyser l'information, pour ensuite mettre en application cette information. » Télédétection Source : CCT

Acquisition d’image Télédétection Le rayonnement électromagnétique Une source d'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique est nécessaire pour illuminer la cible, à moins que la cible ne produise elle-même cette énergie. Le soleil est très souvent cette source Capteurs actif vs passif Télédétection

Acquisition d’image Télédétection Capteurs actif vs passif Passif Utilise l’énergie solaire réfléchie par la scène ou l’énergie émise par l’objet (ex:IR) Actif Le capteur émet une source d’énergie et mesure ce qui est réfléchit (ex:radar,lidar) Télédétection Source : CCT

Acquisition d’image Télédétection Le rayonnement doit traverser l'atmosphère Les particules et les gaz dans l'atmosphère peuvent dévier ou bloquer le rayonnement incident. Causés par les mécanismes de diffusion et d'absorption Télédétection

Acquisition d’image Télédétection Diffusion et d'absorption La diffusion se produit lors de l'interaction entre le rayonnement incident et les particules ou les grosses molécules de gaz présentes dans l'atmosphère. L'absorption survient lorsque les grosses molécules de l'atmosphère (vapeur d'eau, bioxyde de carbone et ozone) absorbent l'énergie de diverses longueurs d'onde. Télédétection

Acquisition d’image Télédétection Transmission/Absorption atmosphérique Télédétection Absorption atmosphérique Source : Space Telescope Science Institute Source : www.everythingweather.com

Acquisition d’image Télédétection Réflexion de l’énergie incidente Source : CCT

Photographies aériennes 300m à 12km Acquisition d’image Géométrie de la prise d’image 36 000km NADIR Télédétection 1000km Photographies aériennes 300m à 12km Images satellitale Source : Gosselin & Codjia 2005

Acquisition d’image Télédétection Cette semaine: La photographie aérienne Télédétection Gaspar Felix Tournachon dit Nadar (Paris 1858)

Acquisition d’image Télédétection Géométrie de la photographie aérienne Verticale, l’axe optique est vertical, on accepte cependant une déviation de 3° à 5°. Petite oblique, l’horizon n’est pas visible et l’axe optique fait un angle maximum de 45° avec la verticale. Grande oblique, l’horizon est visible et l’axe optique fait un angle supérieur à 45° avec la verticale. Télédétection Source : Gosselin & Codjia 2005

Acquisition d’image Télédétection

Vue oblique Télédétection Vue verticale Source : CCT

Acquisition d’image Télédétection Géométrie de la photographie aérienne Les P.A obliques ont l’avantage de nous offrir une vue du terrain qui s’apparente à notre perception quotidienne. Pour des échelles comparables, les P.A obliques couvrent un plus grand territoire que les P.A verticales. L’échelle est cependant le grand désavantage des P.A obliques car elle présente des variations drastiques de l’avant plan vers l’arrière plan. Seule la P.A verticale sera considérée durant ce cours Télédétection

Géométrie de l’image Télédétection Photographie aérienne Négatif : Image inversée et réduite mais proportionnelle au terrain. Négatif et positif sont à la même distance de l’objectif (la distance focale f) Télédétection Camera obscura (16iem siècle) Source : Gonzales et Woods 2003

Géométrie de l’image Télédétection Photographie aérienne plus la distance focale (f) est courte, plus le champ de vue angulaire est grand donc, pour la même altitude de vol, plus grande est la surface couverte au sol par un cliché Télédétection Source : Gosselin & Codjia 2005

Géométrie de l’image Télédétection Le terrain a une topographie variable, donc la photo n’a pas une échelle constante Télédétection Source : Gosselin & Codjia 2005

Géométrie de l’image Télédétection Les déplacements sont symétriques par rapport au centre de la photo et deviennent plus importants au fur et à mesure que l’on s’éloigne du centre. Télédétection

Géométrie de l’image Télédétection Photographie aérienne Comme on le constate, les photographies aériennes comportes de nombreuses déformations géométriques et ce sont ces déformations que nous devrons corriger avant de faire usage de cette information dans un SIG Télédétection

Les pré-traitements Télédétection Restauration et rectification des images Avant de créer des relations entre des mesures au sol, ou toute autre forme de données, et la réponse aux pixels de l’image, les images de télédétection doivent être corrigées pour correspondre géométriquement au territoire (et aux données). Cette correction (rectification) est un procédé géométrique dans lequel l’image est déformée et/ou dégradée afin de la rendre plus réaliste/représentative de la scène originale. (Lillesand and Kiefer, 1987) Télédétection

Les pré-traitements Télédétection Restauration et rectification des images Corrections radiométriques et atmosphériques Corrections géométriques Amélioration d’images et le filtrage du bruit (la semaine prochaine) Télédétection

Les pré-traitements Télédétection Corrections radiométriques et atmosphériques Le signal électromagnétique mesuré traverse deux fois l’atmosphère terrestre bruits atmosphériques Irrégularités du capteurs rayures, lignes manquantes … Ces corrections sont normalement effectuées par le fournisseur d’images Télédétection Réalisées par les centres de traitement des distributeurs d’images Source : tpouchin.club.fr

Les pré-traitements Télédétection Les corrections géométriques Corrections des distorsions géométriques dues aux variations de la géométrie Terre-capteur Transformation des données en vraies coordonnées sur la surface de la Terre Télédétection

Les pré-traitements Télédétection Les corrections géométriques Corrections des distorsions géométriques dues aux variations de la géométrie Terre-capteur Rotation de la Terre durant l’acquisition Capacité limitée du taux d’acquisition des capteurs Large champs de vision de certains capteurs Courbure de la Terre Les capteurs ne sont pas idéaux Variation de la plate-forme : altitude, attitude et vitesse Effet panoramique dues à la géométrie de l’image Incertitudes de la position exacte de la plate-forme Télédétection

Les pré-traitements Télédétection Les corrections géométriques Transformation des données en vraies coordonnées sur la surface de la Terre ex: latitude, longitude Télédétection

Corrections géométriques Deux méthodes pour corriger géométriquement les images : 1-Modèle de navigation de la plate-forme consiste à transformer les images après avoir appliqué un modèle mathématique des paramètres géométriques de l’enregistrement de la scène Chaque plate-forme possède sont propre modèle de navigation Selon le rapport de calibrage du survol Permet d’identifier précisément la géométrie de la prise d’image – orientation interne Télédétection

Corrections géométriques Marques fiduciaires (fiducial marks) Télédétection Source : www.geog.mcgill.ca

Corrections géométriques Marques fiduciaires (fiducial marks) Télédétection Source : image labo 3

Corrections géométriques Deux méthodes pour corriger géométriquement les images : 2- Prise de points d'appui Pour chaque point m,n d’une image f(m,n) on trouve u,v dans un autre système de coordonnées g(u,v) au moyen d’une fonction de transfert h Télédétection Source : tpouchin.club.fr

Corrections géométriques Prise de points d'appui Points de contrôle au sol (GCP) Points d’appuis, de calage ou d’amer G (u,v) = f(m,n) h (m,n ; u,v) Orientation absolue (externe) Télédétection Source : tpouchin.club.fr

Télédétection Prise de points d'appui Première étape Identifier les coordonnées de plusieurs points distincts sur l’image sur la source de référence et l'image à corriger points d’appuis, de calage ou d’amer La source de référence peut être un ensemble de points connus et référencés (points géodésiques, relevés GPS...), une carte topographique ou encore une image satellite géoréférencée Télédétection

Télédétection Prise de points d'appui Deuxième étape Calculer la relation entre points sources et points de références Plus il y a de déformations et plus il faut utiliser un modèle de déformation de degré élevé (ex: un polynôme à degré élevé) Télédétection

Télédétection Prise de points d'appui Troisième étape Appliquer le modèle de déformation sur l’image à corriger pour créer une nouvelle image dans le référentiel choisis L'ancienne et la nouvelle grille ne correspondant pas, il est donc nécessaire d'appliquer un algorithme de reéchantillonnage Télédétection

Modèle de déformation Télédétection Déformation des images Interpolation cubique Plus proche voisin Source : geog.hkbu.edu.hk

Télédétection Prise de points d'appui Quatrième étape Reéchantillonnage des valeurs des pixels de l’image Télédétection Source : www.ga.gov.au

Algorithmes de reéchantillonnage Reéchantillonnage des valeurs des pixels pour affecter à l'image crée, des valeurs de pixel les plus proches possible de ceux de l'ancienne image Plus proche voisin le pixel le plus proche dans l'image d'origine Interpolation bilinéaire moyenne des 4 plus proches voisins (2x2) Interpolation cubique (convolution) moyenne des 16 plus proches voisins (4x4) Autres fonctions de transfert Télédétection

Algorithmes de reéchantillonnage Interpolation bilinéaire Interpolation cubique Télédétection Plus proche voisin Source:www.nr.usu.edu

Corrections géométriques Les corrections géométriques En zone de fortes variations d'altitude, il est également possible, en plus de toutes ces opérations, de corriger les images en prenant en compte le relief On utilise un modèle numérique d'altitude, ce qui accroît davantage la précision spatiale des images Ce procédé s'appelle "orthorectification" Télédétection

Corrections géométriques Orthorectification Vise principalement à corriger les déformations de la photographie liées à la projection de l’axe optique (non perpendicularité), aux effets du relief de l’objet photographié, et à la projection conique (le plus souvent centrale) Le fichier image obtenu est corrigé à partir des paramètres d’orientation, de points de calage connus en XYZ et du Modèle Numérique de Terrain. Échelle et directions constantes Vue ORTHOGONALE donc du NADIR partout! Télédétection

Corrections géométriques Orthorectification Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

Corrections géométriques Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

Corrections géométriques Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

Corrections géométriques Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

Corrections géométriques Géométrie du captage Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

Corrections géométriques Géométrie du captage Effet de l’orthorectification Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

Corrections géométriques Orthorectification Source : Présentation PCI Geomatica Télédétection

Corrections géométriques Orthorectification Télédétection Adapté de www.microimages.com

Corrections géométriques Possibilités dans PCI Orthorectification: Modèle de plate-forme + points d’appuie + DEM Points d’appuie + DEM Pourquoi utiliser un Modèle de plate-forme ? Pas d’orthorectification Points d’appuie seul { Aerial photography Satellite orbital Télédétection { Rational functions Thin plate spline { Polynomial (2-D)

Corrections géométriques                                                                                                                                                                                                                              Télédétection Avec une paire stéréo et un MNE !!! Source : www.geotango.com