MATIÈRE Les images numériques - introduction

Formation d’une image numérique Les capteurs passifs et actifs Le principe de base -Échantillonnage spatiale -Échantillonnage électronique

Les capteurs imageurs passifs et actifs Lorsque la source de rayonnement est naturelle  capteurs passifs Lorsque la source de rayonnement est artificielle  capteurs actifs (ex. laser, source micro-ondes)

La constitution d’un capteur imageur Système de collecte du rayonnement Système de détection et de mesure du rayonnement Système d’enregistrement de données

PRINCIPE GÉNÉRAL : Une image numérique est le résultat d’un double échantillonnage par le capteur (actif ou passif) Échantillonnage spatial exhaustif 2-D du RÉM Conversion du RÉM en signal électrique Échantillonnage électronique du signal et conversion à des comptes numériques

Échantillonnage spatial 2-D exhaustif par des capteurs passifs dans le domaine optique Deux façons d’échantillonner le rayonnement provenant de la scène survolée: -l’instantané  tous les échantillons sont prélevés en même temps, une matrice d’éléments photosensibles constitue le système de détection, pour chaque élément correspond une unité d’échantillonnage au sol -le balayage  l’image est construite dynamiquement en prélevant des échantillons séquentiellement d’une ligne de balayage à l’autre, un seul élément ou un alignement d’éléments photosensibles constitue le système de détection Instantané Balayage: la largeur d’une ligne de balayage est appelée la fauchée

Échantillonnage spatial 2-D: images instantanées Exemple d’une matrice de détecteurs (chaque élément de taille carrée est caractérisée par sa dimension (d) de quelques micromètres Pour pouvoir faire la correspondance unité d’échantillonnage et élément photosensible on emploie une optique de réfraction du RÉM, i.e. un système des lentilles. Ce système est caractérisée par sa distance focale (f) de quelques dizaines à quelques centaines de centimètres

Balayeurs Balayeurs à époussette ou à fouet: un seul détecteur. De plus en plus abandonnés en faveur des balayeurs à râteau Balayeurs à râteau Alignement de détecteurs Utilisation de l’optique de réflexion, i.e. systèmes de miroirs

L’unité d’échantillonnage au sol ou résolution spatiale (géométrique) au sol Peu importe si image instantanée ou image dynamique

Exemples Landsat-ETM7 (Balayeur à fouet) Altitude de vol = 705 km Distance focale =2,44 m Dimension du directeur = 103 mm (bandes rayonnement solaire) Angle instantané de vue =d/f = (103 x m /2,44 m) = 42,5 x radians Dimension de l’unité d’échantillonnage = angle x altitude de vol = (42,5 x rad) x 705 x = 30 m IKONOS (Balayeur à râteau) Altitude de vol = 681 km Distance focale =10 m Dimension du directeur = 12 mm (bande panchromatique) Angle instantané de vue =d/f = (12 x m /10 m) = 1,2 x radians Dimension de l’unité d’échantillonnage = angle x altitude de vol = (1,2 x rad) x 681 x = 0,82 m

10 cm 25 cm 50 cm 100 cm Résolution géométrique vs détail (netteté) visible

L’équivalent de l’échelle cartographique

Échantillonnage électronique

Une image numérique Les valeurs numériques sont des entiers (par convention=codage) toujours positifs L’unité de base = le bit / Deux états possibles 0 ou 1 Un octet ou 8 bits (byte) 2 octets ou 16 bits

Un exemple

Une image numérique de télédétection n’est qu’un tableau de nombre entiers qui représentent la quantité du rayonnement électromagnétique réfléchi ou émis des objets. Nous pouvons la visualiser comme une image standard et l’analyser visuellement ou par ordinateur Le résultat de ce double échantillonnage = image numérique

Résolution radiométrique: capacité de mesurer de menues variations du flux Elle dépend en grande partie de l’échelle de niveau de gris 2 NG4 NG 8 NG 16 NG 256 NG

Capteurs imageurs actifs dans les micro- ondes: les radars imageurs Les radars sont aussi des balayeurs Cependant le balayage se fait par le front d’ondes, émis via une antenne, comme il se propage le long d’une ligne de balayage La mesure du temps de retour après réflexion du rayonnement est la base de formation d’une image Plus de détails plus loin dans notre cours

Les satellites automatiques comme plateformes de télédétection

Satellites géostationnaires: vitesse orbitale = vitesse de la rotation de la terre autour de son axe 1000km km Satellites à basse altitude à orbite polaire = vitesse orbitale environ 7 km/s; il fait un tour complet dans environ 1.5 h 00 Notre intérêt à des orbites quasi- polaires héliosynchrones Image générée par un capteur à bord d’un satellite géostationnaire

Orbites héliosynchrones Une telle orbite permet: 1) De couvrir l’ensemble de la surface terrestre dans un intervalle de temps donné (à l’exception des pôles). Cet intervalle peut aller de de quelques jours à presque 1 mois. 2) De passer au-dessus du même territoire à la même heure locale 3) De conserver un angle constant entre le plan orbital et la direction Terre-Soleil tout le long d’une année: satellite héliosynchrone

Segments ascendant et descendant Un satellite à orbite héliosynchrone survole la face de la Terre éclairée par le soleil en allant du nord vers le sud (segment descendant). Il croise l’équateur entre 10h00 et 11h00 heure locale. C’est la configuration la plus courante Un satellite à orbite héliosynchrone peut survoler la face éclairée de la Terre par le soleil en allant du sud vers le nord (segment ascendant). Il croise l’équateur entre 13h00 et 14h00 heure locale.

Couverture de la Terre Pendant que le satellite complète son orbite 1, la Terre a tourné vers l’est. Ainsi après 1.5 h le satellite croise l’équateur à environ 2000 km à l’ouest de son croisement précédent (Orbite 2). Ainsi lors d’une journée un satellite ne peut pas couvrir l’ensemble de la Terre. Pour revenir au-dessus du même lieu ça lui prendra plusieurs jours (pour LANDSAT 16 jours) Orbite 1Orbite km

Télémétrie