SYS-866 Système d’information géographique et télédétection

1. SYS-866 Système d’information géographique et télédétection

2. 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)

3. Acquisition d’image • 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

4. Acquisition d’image • 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

5. Acquisition d’image • Capteurs actif vs passif • Passif • Utilise l’énergie solaireréfléchie par la scène oul’énergie émise parl’objet (ex:IR) • Actif • Le capteur émet unesource d’énergie etmesure ce qui estréfléchit (ex:radar,lidar) Télédétection Source : CCT

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

7. Acquisition d’image • 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

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

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

10. 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

11. Acquisition d’image • Cette semaine: • La photographieaérienne Télédétection Gaspar Felix Tournachon dit Nadar (Paris 1858)

12. Acquisition d’image • 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

13. Acquisition d’image Télédétection

14. Vue oblique Télédétection Vue verticale Source : CCT

15. Acquisition d’image • 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

16. Géométrie de l’image • Photographieaérienne • Négatif : Image inversée et réduitemais proportionnelle au terrain. • Négatif et positif sont à la mêmedistance de l’objectif(la distance focale f) Télédétection Camera obscura (16iem siècle) Source : Gonzales et Woods 2003

17. Géométrie de l’image • Photographie aérienne • plus la distance focale (f) estcourte, plus le champ de vueangulaire est grand donc,pour la même altitude devol, plus grande est lasurface couverte au solpar un cliché Télédétection Source : Gosselin & Codjia 2005

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

19. Géométrie de l’image 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

20. Géométrie de l’image • 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

21. Les pré-traitements • 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

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

23. Les pré-traitements • Corrections radiométriques et atmosphériques • Le signal électromagnétique mesuré traverse deux fois l’atmosphère terrestre • bruits atmosphériques • Irrégularités du capteurs • rayures, lignes manquantes … • Ces corrections sontnormalement effectuéespar le fournisseur d’images Télédétection Source : tpouchin.club.fr

24. Les pré-traitements • 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

25. Les pré-traitements • 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

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

27. 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 mathématiquedes paramètres géométriques de l’enregistrement de la scène • Chaque plate-forme possède sont propremodèle de navigation • Selon le rapport de calibrage du survol • Permet d’identifier précisément la géométrie de la prise d’image – orientation interne Télédétection

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

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

30. 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

31. 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

32. 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

33. 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

34. 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

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

36. Prise de points d'appui • Quatrième étape • Reéchantillonnagedes valeurs despixels de l’image Télédétection Source : www.ga.gov.au

37. 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

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

39. 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

40. 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

41. Corrections géométriques • Orthorectification Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

42. Corrections géométriques Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

43. Corrections géométriques Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

44. Corrections géométriques Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

45. Corrections géométriques • Géométrie du captage Télédétection Source : Présentation PCI Geomatica

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

47. Corrections géométriques • Orthorectification Source : Présentation PCI Geomatica Télédétection

48. Corrections géométriques • Orthorectification Télédétection Adapté de www.microimages.com

49. 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 photographySatellite orbital Télédétection { Rational functions Thin plate spline { Polynomial (2-D)

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