La résistance militaire de France La chute de la France, la résistance, et la Normandie.
LA TELEDETECTION
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LA TELEDETECTION Telli MoutiA عار ش ستلا ا عد ب ن ع
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LA TELEDETECTION. الاستشعار عن بعد. Telli MoutiA. Plan du Cours (1). PREMIERE PARTIE : CONNAISSANCES DE BASE 1. HISTORIQUE DE LA TELEDETECTION 2. CAPTEURS OPTIQUES 3. CAPTEURS RADARS 4 . GEOMETRIE DES IMAGES. Plan du Cours (2). DEUXIEME PARTIE : TRAITEMENT D'IMAGES - PowerPoint PPT Presentation
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LA TELEDETECTION
Telli MoutiA
االستشعارعن بعد
Plan du Cours (1)PREMIERE PARTIE : CONNAISSANCES DE
BASE
1. HISTORIQUE DE LA TELEDETECTION
2. CAPTEURS OPTIQUES
3. CAPTEURS RADARS
4. GEOMETRIE DES IMAGES
Plan du Cours (2)
DEUXIEME PARTIE : TRAITEMENT D'IMAGES
5. INTRODUCTION AU TRAITEMENT
NUMERIQUE DES IMAGES,
6. ELABORATION DE PRODUITS
7. ANALYSE MULTI-ECHELLE,
8. PROBLEME INVERSE EN TELEDETECTION
9. INTERFEROMETRIE RADAR
Plan du Cours (3)
TROISIEME PARTIE : APPLICATIONS DE LA
TELEDETECTION
10. PANORAMA DES APPLICATIONS
THEMATIQUES
11. ASPECTS OPERATIONNELS
1.IntroductionLe cours de télédétection n'est pas isolé dans la
formation des études universitaire.
Il fait abondamment appel aux cours de
physique (mécanique, rayonnement
électromagnétique, optique, traitement du
signal….)
D’autre côté; le cours de télédétection est à
relier à toutes les matières susceptibles de
faire appel à la photo-interprétation
(cartographie, urbanisme, géomorphologie,
exploitation forestière, etc).
PREMIERE PARTIE :
CONNAISSANCES DE BASE1. HISTORIQUE DE LA TELEDETECTION:
L'histoire de la télédétection peut se
décomposer en plusieurs histoires plus ou
moins indépendantes:
a) Les capteurs,
b) Les porteurs,
c) Les applications informatique,
d) les moyens de traitement.
a) Histoire des capteurs
Les premiers capteurs utilisés en télédétection
sont:
1. La chambre photographique: destiné à la
mesure des formes du terrain,
2. Les caméras thermiques: permettent de
mesurer la température de surface dans des
bandes infrarouge (3-5 microns et 8-
14microns).
3. Les radars imageurs: permettent d'observer
par tout temps (de jour comme de nuit et
indépendamment des conditions
météorologiques).
B. Histoire des porteurs• En 1855 l’avion (le ballon ou le drone) reste
le porteur le plus répandu à la télédétection,• Depuis le début 1960, des capteurs de
télédétection sont embarqués sur des satellites artificiels en orbite autour de la Terre, couvrant une vaste gamme d’altitudes :
• Orbites très basses (200 à 400 km): missions de courte durée, • Orbites de 500 à 1500 km, polaires les plus utilisées en observation de la Terre (SPOT, ERS, LANDSAT, RADARSAT, NOAA...) ; • Orbite géostationnaire, utilisée par des satellites météorologiques comme METEOSAT (européen) ou GOES (américain).
C. Histoire des applications• Avant la Seconde Guerre mondiale: Les deux
applications motrices pour les techniques d'observation à distance ont toujours été l'astronomie et le renseignement militaire.
• Après la Seconde Guerre mondiale, toutes les applications de la télédétection bénéficiant de programmes réguliers et systématiques d'acquisitions par avion.
• Plus récemment, les images radar et les thermographies détectent à leur tour des informations inaccessibles jusque là pour la géologie, la surveillance de la pollution, la prévention des catastrophes naturelles et industrielles,
D. Histoire des moyens de traitement
• Les deux principaux axes de récent
développement sont:
• Les algorithmes d'analyse de scène
(appariement stéréoscopique,
reconnaissance des formes et des textures,
classification,...)
• Les interfaces graphiques de plus en plus
conviviales pour l'affichage et le traitement
interactif des images.
2. CAPTEURS OPTIQUES
Sont des radiomètres imageurs, mesurent une
énergie rayonnée provenant d’une région
bidimensionnelle et qu’ils organisent les
mesures sous forme d’images.
Ils fonctionnent dans les longueurs d’onde
optiques.
2. CAPTEURS OPTIQUESExemple d’image du capteur AVHRR (advanced
very high resolution radiometer) du satellite NOAA. Résolution : env. 1 km.
2. CAPTEURS OPTIQUESExemple le satellite SPOT-4 en action
2. CAPTEURS OPTIQUESExemple de mesure de la chlorophylle par
l'instrument japonais OCTS
3. CAPTEURS RADAR(2) • Un radar spatial, les contraintes sont de
nature radiométrique pour un raison de la grande
distance qui sépare l'antenne et le terrain• Un radar aéroporté, les contraintes sont de
nature géométrique pour un traitement appelé compensation de mouvement.
3. CAPTEURS RADAR(1) • Le radar imageur produit des images de la
surface terrestre en émettant, au moyen
d’une antenne, des impulsions de micro-
ondes dans un plan perpendiculaire à la
trajectoire du porteur.
3. GEOMETRIE DES IMAGES
• Un image de télédétection fournit une
représentation bidimensionnelle d'une région
appelée scène, représentation dans laquelle
chaque pixel correspond à un ou plusieurs
points de la scène.
Qualité géométrique des images:
La qualité géométrique des images de
télédétection peut être évaluée selon différents
critères:
• Précision de localisation.
• Altération des longueurs.
• superposabilité.
DEUXIEME PARTIE :
TRAITEMENT D’IMAGES
5. INTRODUCTION AU TRAITEMENT
NUMERIQUE DES IMAGES,
6. ELABORATION DE PRODUITS
7. ANALYSE MULTI-ECHELLE,
8. PROBLEME INVERSE EN TELEDETECTION
9. INTERFEROMETRIE RADAR
5. INTRODUCTION AU TRAITEMENT NUMERIQUE
DES IMAGES(1)
Le traitement des images est utilisé dans de
nombreux domaines scientifiques ou
industriels: la robotique, l'astronomie, la
sécurité, la médecine.
Les notions générales présentées ici sont
valables pour tous les domaines d'application,
mais les illustrations sont évidemment liés
aux besoins propres de la télédétection.
5. INTRODUCTION AU TRAITEMENT NUMERIQUE
DES IMAGES(2)
1. Codage des images:• C’est la représentation sur un certain
nombre de niveaux.• La plupart des images numériques sont
codées sur 8 bits ou 1 octet (c'est-à-dire 256 niveaux),
• Le résultat du codage est une image numérique dont le volume en octets est :
volume = nlig x ncol x nca x noct où
nlig est le nombre de lignes ncol est le nombre de colonnes nca est le nombre de canaux noct est le nombre d'octets par pixel
5. INTRODUCTION AU TRAITEMENT NUMERIQUE
DES IMAGES(3)2, Format des images numériques
• L’image est un tableau bidimensionnel de
mesures radiométriques
• Le fichier qui contient l’image est une simple
succession d’octets.
• La manière dont ces octets doivent se
réorganiser pour former une image
bidimensionnelle
• doit donc être spécifiée par un format.
• Il existe de nombreux formats (JPEG, GIF,
EPS, TIF, RASTERSUN, BITMAP...)
5. INTRODUCTION AU TRAITEMENT NUMERIQUE
DES IMAGES(4)3. Composition colorée:
• La composition colorée est une combinaison visuelle de 2 ou 3 différentes images.
• Dans l'exemple suivant, 3 canaux d'une scène
canal bleu canal rouge canal infrarouge composition
colorée
8. ÉLABORATION DE PRODUITS
O Un produit est une donnée qui se trouve à une phase intermédiaire entre le signal mesuré et l'information utile.
O Plusieurs niveaux de complexité peuvent être proposés, ils diffèrent par leur coût, leur délai d'exécution, leur géométrie, leur contenu en information, etc.
Acquittions
Signal brut
Produit
ExploitationCartographie,
interprétation ,,,
8.2. Caractéristiques des produits analogiques
O Les produits analogiques sont caractérisés par :
O • une géométrie : c'est la géométrie du produit numérique à l'échelle,
O • une échelle : l'échelle d'une carte.O • une palette de couleurs.O L'échelle dépend de la résolution de
l'imprimante (Exprimée en microns ou en nombre de points par pouce)
8.3. ANALYSE MULTI-ECHELLE
O Les Outils d'analyse multi-échelle:
1. Le variogramme : c'est le graphique
qui représente, la variance en
fonction de la distance.
O 2, La transformée de Fourier : La
transformée de Fourier d'une image
associe à chaque fréquence spatiale
l'amplitude de la vague.
8.3. ANALYSE MULTI-ECHELLE
O Changement d'échelle1. Le sur-échantillonnage (ou zoom) consiste à
extrapoler l'information à une échelle plus recherchée:
Les premiers cherchent à obtenir une bonne support pour la valeur du nouveau pixel.
Ils utilisent des outils d'interpolation de surfaces comme le "plus proche voisin Les seconds: cherchent à reproduire, à une
échelle inférieure au pixel,.
8.3. ANALYSE MULTI-ECHELLE O Changement d'échelle
2, Le sous-échantillonnage: comprimer l'image pour la faire sur un nombre réduit de pixels. Utilisée pour transmettre des données avec des débits modérés. L'approche la plus simple: sélectionner un pixel
sur N, l'approche la plus rigoureuse: consiste à
moyenner des pixels voisins, simulant en quelque sorte l'image qu'aurait fourni un capteur moins résolu ;
l'approche la plus efficace: consiste à effectuer un souséchantillonnage sélectif, pour conserver une résolution délicate sur les détails sélectionnés et lisser fortement les autres secteurs.
Dans tous les domaines scientifiques, le problème inverse suppose que l'on dispose à la fois :• d'une observation ;• d'une loi physique.Exemple: Réalisons une analogie avec le tir à l'arc. Le tireur peut, après son premier essai, améliorer sa performance grâce à :• une observation (la position de sa première flèche sur la cible) ;• une loi physique (pour tirer plus haut sur la cible, il doit relever son arc d'un petit angle).Comme cette loi est imparfaite, le tireur ne pourra consommer son tir qu'au bout de plusieurs itérations.
9. PROBLEME INVERSE EN TELEDETECTION
9. PROBLEME INVERSE EN TELEDETECTION
O la simulation est au cœur des problèmes de télédétection, car c'est grâce à elle que l'on peut "retourner en arrière", c'est-à-dire retrouver, par une technique d'inversion, les causes à partir des effets.
Capteur
Objet
Simulateur Image
Application à la télédétection• Le problème inverse s'appuie sur une
observation (l'image) et sur une loi physique (visualisée par la simulation).
• Permet de résoudre différentes catégories de problèmes
Analyser l'objet en connaissant le capteur, Analyser le capteur en connaissant l'objet . Enfin la télédétection s'appuie fréquemment
sur une approche hybride dans laquelle on améliore à la fois la connaissance de l'objet et du capteur à partir d'une connaissance approximative de chacun d'eux.
9. PROBLEME INVERSE EN TELEDETECTION
1. PANORAMA DES APPLICATIONS
THEMATIQUES
2. 13. ASPECTS OPERATIONNELS
TROISIEME PARTIE APPLICATIONS DE LA
TELEDETECTION
1. PANORAMA DES APPLICATIONS
THEMATIQUES La télédétection a aujourd'hui des
applications dans de nombreux domaines thématiques.
Il faut distinguer les applications opérationnelles (donnent lieu à un service éprouvé: météorologie)
Les applications qui sont encore au stade de la
recherche (la faisabilité a été démontrée mais dont les limites sont trop mal connues pour qu'un service opérationnel soit envisagé).
TROISIEME PARTIE APPLICATIONS DE LA
TELEDETECTION
A. Météorologie:
La météorologie a été la première
application civile de la télédétection
spatiale,
Il s’agit principalement de satellites
géostationnaires (GOES, METEOSAT) ou
de
satellites défilants (NOAA).
Les prévisions s'appuient sur des
acquisitions très fréquentes dans les
domaines visible et infrarouge,
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
A. Météorologie:
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
image METEOSAT
(juillet 1981), A ces
observations il faut
ajouter les
acquisitions de
capteurs radar à
basse résolution
très utiles en
météorologie
marine.
B. Océanographie: L’océanographie s’appuie sur deux types d’observations : Les images radar sont sensibles à l’état
de la surface et permet donc des applications en océanographie .
Les images optiques, en particulier multispectrales, sont sensibles à la couleur de l'eau, donc à sa constitution et à la nature du fond en zone peu profonde.
Ces deux techniques sont complémentaires pour l'étude des zones côtières.
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
C. Sciences de la Terre:
La géologie a utilisé depuis longtemps les
images de télédétection car elles montrent
le terrain.
L’imagerie optique permet d’enrichir la
cartographie géologique.
Elles permet de détecter de nombreux
couleurs changent souvent d’une
formation géologique à l’autre (sol,
végétation) .
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
D. Biosphère:
Les sciences du sol et de la végétation ont
tiré un grand bénéfice de la photographie
aérienne.
La végétation est plus facile à caractériser
dans le domaine optique
La signature spectrale de la végétation est
très caractéristique (très élevée dans le
proche infrarouge et très basse dans le
rouge)
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
D. Biosphère:
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
Un grand front créater amazonien vu par NOAA-AVHRR (à droite :
détail)
E. Cryosphère: La neige et les glaces peuvent
être étudiées par télédétection.
L'étude des glaciers est peu opérationnelle bien
qu'elle soit stimulée par l'application aux bilans.
Par contre la cartographie des glaces marines a
obtenu un stade opérationnel pour le guidage
des
vent glace.
Elle fait un usage important d’images fournies
grâce à: grande précision de localisation, la
sensibilité à la nature de la glace, et le
caractère “ tout temps ”
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
F. Aménagement et urbanisme: Dans le
domaine de l’aménagement l’image de
télédétection joue un double rôle :
c’est une source d’information.
c’est un moyen de communication.Un certain nombre d’applications de la télédétection sont directement applicables à l’aménagement :
La cartographie tridimensionnelle des
bâtiments.
L’analyse multispectrale, pour des hautes
résolutions.
L’analyse de produits “ spécialisés
11.PANORAMA DES APPLICATIONS THEMATIQUES
2. ASPECTS OPERATIONNELS Des considérations physiques permettent, pour uneapplication donnée, de choisir: un capteur. un mode d'acquisition. une procédure de traitement.Pourtant, un certain nombre de contraintes peuvent limiterla faisabilité d'une application, par exemple : la nécessité d'obtenir une image en un temps donné . les difficultés de nature informatique. le besoin de formation des opérateurs. le besoin d'une prise en compte la géométrie des images. la difficulté du choix d'un capteur pour une acquisition, la nécessité d'applications, d'un contrôle de terrain. L'importance variable de ces contraintes fait que certainesapplications, comme la météorologie, sont devenuesopérationnelles
Conception d’un système spatial
La conception d'un système spatial d'observation de la Terre doit être guidée par l'expression d'un besoin thématique. La traduction de ce besoin en paramètres instrumentaux et orbitaux appelée "analyse de mission". Certaines missions spatiales mettent en œuvre, lors dela conception, des bilans de performances (évaluations). Ces évaluations peuvent se faire de deux manières :1. Au moyens de bilans analytiques : quantifier la qualité des images en fonction de l'état du système .2. Au moyen de simulateurs d'images: visualiser, à partir d'une cartographie d'un paysage et d'une description d'un capteur, des images représentatives . Ces images simulées peuvent être utilisées pour former les futurs utilisateurs ou pour tester des méthodes de traitement.
Le segment sol
Le segment sol est l'ensemble des infrastructures
physiques utilisées pour le fonctionnement du satellite.
Une partie du segment sol concerne le contrôle
du satellite (attitude, orbite, etc.).
L'autre partie, concerne la commande d'images
ainsi que la réception et le traitement de ces images.
Le transfert d'information de l'utilisateur vers
le capteur et du capteur vers l'utilisateur se fait à
travers un certain nombre d'intermédiaires dont
l'intervention prend du temps. .
La “ vérité de terrain (1) De nombreuses applications de la télédétection
s’appuient en partie sur l’acquisition d’un
minimum de données sur le terrain.
En effet, il est souvent nécessaire de :
• sélectionner quelques échantillons pour
permettre des traitements de classification ;
• identifier un objet que l'image décrit de
manière ambigüe ;
• contrôler ponctuellement le résultat d'un
traitement systématique ;
• localiser un point visible dans l’image.
La “ vérité de terrain (2)
L'acquisition de cette vérité de terrain possède
deux types de difficultés :
des difficultés de nature thématique, car la
collecte d'information doit tenir compte à la
fois de
l'application envisagée
des difficultés de nature logistique (coût et
durée du transport, stockage de
l'information, risques divers...). .
ConclusionLa télédétection est née de la fusion de deux
inventions anciennes : la montgolfières et la
photographie.
La télédétection moderne est née de la photographie
aérienne, qui a connu un essor considérable au cours
du XX° siècle, surtout au cours de la seconde guerre
mondiale…motivée par les objectifs militaires.
Télé signifie "à distance" et détection veut dire
"découvrir" ou "déceler".
La télédétection est l'ensemble des connaissances
et des techniques utilisées pour déterminer des
caractéristiques physiques et biologiques d'objets
par des mesures effectuées à distance, sans
contact matériel avec ceux-ci.
La télédétection se définit comme un processus ’acquisition
d’information à propos d’un objet, d’une surface, d’un
phénomène sans contact avec eux.
Définitions
Définitions
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
information
Exemple real
Notre œil est un excellent exemple
d’un dispositif de télédétection.
Nous sommes capables d’estimer la
quantité et la nature de l’énergie de
la lumière visible réfléchie ,
Principes de base de la télédétectionLe principe de base de la télédétection est similaire à celui de la vision de l'homme. La télédétection est le fruit de l'interaction entre trois éléments fondamentaux : 1. une source d'énergie2. une cible 3. et un vecteur
source d'énergi
e
Un cible
1. La cible
Est la portion de la surface
terrestre observée par le satellite.
Sa taille peut varier de quelques dizaines
à plusieurs milliers de kilomètres carrés.
2. La source d'énergie
Est l'élément qui "éclaire" la cible en émettant une onde
électromagnétique (flux de photons).
3. Le vecteur
Est le plate-forme qui mesure l'énergie solaire
(rayonnement lectromagnétique) réfléchie par
la cible.
Le vecteur peut-être un satellite ou un avion,
.Les capteurs embarqués sur le satellite
mesurent
le rayonnement électromagnétique réfléchi,
puis un émetteur renvoie l'image sur Terre
vers des stations de réception.
Les étapes de télédétection
A
B
C
BE
A ) Source d’énergie ou d’illumination:
cette source d’énergie est le soleil,
B) Rayonnement et atmosphère:
Sn parcours « aller » entre la source d'énergie et la cible,
le rayonnement interagit avec l'atmosphère.
Une seconde interaction se produit lors du trajet « retour »
entre la cible et le capteur.
C) Interaction avec la cible (C) : surface de celle-ci.
D) Enregistrement de l'énergie par le capteur:
elle doit être captée à distance par un capteur qui
n'est pas en contact avec la cible mais embarqué à
bord d’un satellite ou d’un avion pour être enfin
enregistrée sous format numérique.
E) Transmission, réception et traitement: Cette
information enregistrée par le capteur est
transmise, souvent par des moyens électroniques,
à une station de réception généralement située au
sol où l'information est transformée en images
(numériques ou photographiques).
F) Interprétation et analyse :Une interprétation
visuelle et/ou numérique de l'image traitée est
ensuite nécessaire pour extraire l'information
que l'on désire obtenir sur la cible,
G) Application :- La dernière étape du
processus consiste à utiliser l'information
extraite de l'image pour mieux comprendre la
cible, c'est-à-dire la portion d’espace étudiée
(une ville, une zone inondée, une forêt, etc…)
pour aider à résoudre
un problème particulier.
?
