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Natural Resources Canada Ressources naturelles Canada Canadian Space Agency Agence spatiale canadienne Présentation Power Point modifiée et adaptée par Claude Brun del Re

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Natural ResourcesCanada

Ressources naturellesCanada

Canadian Space Agency

Agence spatiale canadienne

Présentation Power Point modifiée et adaptée par Claude Brun del Re

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Géomatique pour les enseignants et les enseignantesGéomatique pour les enseignants et les enseignantes

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Géomatique• Terme originellement crée et conçu au Canada. • La géomatique représente la science et les technologies relatives à la

cueillette, à l'analyse, à l'interprétation, à la distribution et à l'utilisation de données géographiques. Elle couvre un vaste éventail de disciplines qui, regroupées, peuvent brosser un tableau détaillé du monde physique et de notre position dans celui-ci. Parmi ces disciplines figurent :

– les levés et la cartographie;

– la télédétection;

– les systèmes d'information géographique (GIS);

– le système de positionnement global (GPS).

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Le rôle du Canada dans le domaine de la Géomatique

• Le Canada exporte environ $300 millions de produits et services de géomatique.

• L’industrie de la géomatique a une croissance d’environ 15 à 20 pourcent par année.

• La demande pour les produits et services SIG for GIS excède $10 milliards par année.

• Le Canada est reconnu comme un chef de file dans le développement de ce secteur.

• Ressources naturelles Canada - – Géomatique Canada

• Centre canadien de télédétection• Centre d’information topographique• Cartes aéronautiques et Services techniques• Levés officiels et Commission de la frontière internationale• Levés géodésiques

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Voici quelques exemples d’appareils ou de produits de télédétection qui sont utilisés dans notre vie de

tous les jours

• Carte climatique par satellite

• Ultrasons

• Radar détecteur de vitesse

• Sonar (pour bateaux, chauve-souris et dauphin)

• Photos

• CAT scan

• Rayons x

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Télédétection

• Définition et procédé• Énergie

électromagnétique• Interprétation• Les plates-formes• RADARSAT

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La télédétection - Une définition

Ensemble de techniques servant à l'acquisition d'images ou d'autres types de données sans contact direct avec l'objet étudié, ainsi que le traitement et l'analyse de ces données.

La télédétection nous permet d’obtenir des informations sur les cibles au sol.

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Qui peut me nommer deux des capteurs les plus connus?

Nos yeux Une caméra

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Comment fonctionne la télédétection?Très loin de la cible, à partir de ce qu’on appelle une plate-forme.

Voici quelques-uns de types de plates-formes

• Satellite

• Navette spatiale

• Avion

• Montgolfière

• Capteurs au sol

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Processus de télédétection • Source d’énergie ou d’illumination (A)

• Radiation et l'atmosphère (B)

• Interaction avec la cible ou la surface (C)

• Enregistrement de l’énergie par le capteur (D)

• Transmission, réception, et traitement (E)

• Interprétation et analyse (F)

• Application (G)

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Capteur passif

• Les capteurs passifs détectent ou captent

l'énergie solaire réfléchie

par la cible ou la surface

De quoi ces capteurs ont-ils besoin?

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Capteur actif

• Les capteurs actifs produisent leur propre énergie.• Ces capteurs n’ont pas besoin

du soleil et ils opèrent dans la

région des hyperfréquences

(micro-ondes)

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Interactions atmosphériques

• Durant son parcours entre la source d'énergie et la cible, le rayonnement interagit avec l'atmosphère.

• L’ozone, le CO2 et la vapeur d’eau affectent le rayonnement incident.

• Le niveau de diffusion dépend de plusieurs facteurs comme la longueur d'onde, la densité de particules et de molécules, et l'épaisseur de l'atmosphère que le rayonnement doit franchir.

• Les régions du spectre qui ne sont pas influencées de façon importante par l'absorption atmosphérique, et qui sont donc utiles

pour la télédétection, sont appelées les fenêtres atmosphériques.

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Absorption• Certaines substances absorbent certaines longueurs d’onde.

• L’ozone absorbe les rayons ultraviolets.

•La vapeur d’eau absorbe le rayonnement infrarouge de grandes longueurs d'onde et des hyperfréquences de petites longueurs d'onde qui entrent dans l'atmosphère.

•Ces longueurs d’onde ne sont pas convenable pour la télédétection.

Diffusion•La diffusion se produit lorsque la taille des particules

est inférieure à la longueur d'onde du rayonnement.

•La diffusion de Rayleigh – diffusion sélective (UV, Bleu). Ce phénomène explique pourquoi nous percevons un ciel bleu durant la journée.

•Non-sélective - lorsque les particules (les gouttes d'eau et les grosses particules de poussière) sont beaucoup plus grosses que la longueur d'onde du rayonnement (lumière bleue + verte + rouge = lumière blanche). C'est pourquoi le brouillard et les nuages nous paraissent blancs.

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Fenêtres atmosphériques

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Interactions avec la surface terrestre(rayonnement – cible)

• Le rayonnement qui n'est pas absorbé ou diffusé dans l'atmosphère peut atteindre et interagir avec la surface de la Terre. L'absorption (A) se produit lorsque l'énergie du rayonnement est absorbée par la cible, la transmission (T) lorsque l'énergie du rayonnement passe à travers la cible et la réflexion (R) lorsque la cible redirige l'énergie du rayonnement.

• La proportion de chaque interaction dépendra de la longueur d'onde de l'énergie, ainsi que de la nature et des conditions de la surface.

• Regardez par exemple différents objets comme un oeuf, une pomme verte et une tomate.

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Réflexions diffuse et spéculaire

DiffuseDiffuse SpéculaireSpéculaire Surface rugueuseSurface rugueuse Surface lisse Surface lisse

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Énergie électromagnétique

• L’énergie électromagnétique est utilisée pour illuminer la cible

• Le spectre électromagnétique :Longueurs d’onde courtes Longueurs d’onde longues

0.003nm 0.03nm 0.3nm 3nm 30nm 0.3 m 3 m 30 m 300 m 0.3cm 3cm 30cm 3m 30m

Ray

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Le spectre visible

Longueurs d’ondes visibles Violet: 0.4 - 0.446 m Bleu: 0.446 - 0.500 m Vert: 0.500 - 0.578 m Jaune: 0.578 - 0.592 m Orange: 0.592 - 0.620 m Rouge: 0.620 - 0.7 m

Lumière solaire

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Les couleurs primaires du spectre visible

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IR et hyperfréquences

IR réfléchie: 0.72 m à 3.0 m

IR thermique:3.0 m à 15 m

Hyperfréquences:1 mm à 1 m

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Visible / Infrarouge (VIR)• Les couleurs que nous percevons sont une

combinaison du rayonnement électromagnétique.• Les capteurs VIR et les capteurs optiques

capturent l’énergie réfléchie par les cibles dans la portion visible et infrarouge du spectre

• La façon dont une cible réfléchit le rayonnement dépend de l'amplitude de la rugosité de la surface par rapport à la longueur d'onde du rayonnement incident.

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Signature spectrale• Nous observons des réponses très différentes aux

mécanismes d'absorption, de transmission et de réflexion selon la composition de la cible et la longueur d'onde du rayonnement qui lui est propre.

• En mesurant l'énergie réfléchie ou émise par la cible avec une variété de longueurs d'onde, nous pouvons construire la signature spectrale pour un objet.

• Les signatures spectrales nous permettent d’identifier différents objets ou différentes cibles sur une image.

• Les signatures spectrales peuvent être très variables pour la même sorte de cible et peuvent aussi varier dans le temps et dans l'espace.

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Signature spectrale des feuilles• La chlorophylle absorbe

les longueurs d’onde du rouge et du bleu.

• Mais elle réfléchit les longueurs d’onde du vert.

• Donc verdâtre à l’été.

• La structure interne de la feuille réfléchit les longueurs d’onde du proche infrarouge.

V

V

V

V

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Bandes spectrales• Chaque capteur a une utilisation précise

(végétation, océan, glace, climat)• Certaines longueurs d’onde fournissent plus

d’information sur certaines cibles • Pour effectuer les tâches qui leur sont assignées,

les capteurs des satellites enregistrent l'énergie reçue selon des intervalles de longueurs d'onde à différentes résolutions spectrales.

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Résolution spatiale

Résolution fine Résolution grossièreRésolution fine Résolution grossièreou élevéeou élevée ou basse ou basse

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Fauchée ou couloir couvert

• Aire couverte par le capteur

• Largeur de l’image

• Satellites variententre 10 à 100kilomètres

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Orbites

• Géostationnaire Polairehéliosynchrone

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GOES• Geostationary Operational Environmental Satellite

• Opéré par NOAA pour la surveillance et la prédiction de la météo

• 5 bandes spectrales (vert-rouge à infra-rouge)

• Orbite géostationnaire 36 000 km au-dessus de l ’équateur à 75º E et O

• Résolution de 1 à 4 km

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NOAA-AVHRR• Advanced Very High Resolution Radiometer

• Applications météorologiques et écologiques (végétation) • Orbites héliosynchrones polaires (830-870 km au-dessus de

la terre)• Nouvelles données à tous

les six heures• Visible, proche IR, et IR

thermique • Fauchée de 3000 km

1 à 4 km de résolution

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Landsat• Landsat-1 lancé par la NASA

en 1972• Landsat 7 a été lancé en 1999• ETM (Enhanced Thematic

Mapper) – 8 bandes VIR et IR thermique

• 30 m de résolution• couloir couvert de 185 km• Beaucoup de données en

archives• Orbites héliosynchrones

polaires 705 km d’altitude

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SPOT• Système Pour l’Observation de la Terre• Satellites français commerciales• SPOT 1 -1986, SPOT -2 opérationnel, • SPOT-4 lancé au moi de juin • Orbites héliosynchrones polaires • 830 km d ’altitude• 2 capteurs MLA et PLA• PLA - noir et blanc (vert-bleu-rouge)• MLA - 3 bandes visibles (bleu-vert-rouge)• fauchée de 60 à 80 km• 10 à 20 m de résolution

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RADARSAT-1

• Premier satellite canadien

d’observation de la Terre• Lancé le 4 novembre 1995• Son rôle principal est pour la surveillance de

l’Arctique (l’état des glaces) • Capteur escamotable unique et flexible • Plusieurs choix de la dimension de la fauchée• Plusieurs angles d’incidence disponibles

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RADARSAT-1Cycle répétitif

- 24 jour

- 14 orbites par jour

Couverture

- mondiale: 4 à 5 jours

- Amérique du Nord: 3 jours

- Arctique: tous les jours

Altitude

- 798 km

Géométrie de l’orbite

- Circulaire, presque polaire

- Héliosynchrone

Inclinaison

- 98.6° (à partir de l’équateur)

-Passe à droite du pôle Nord

Période

- 100.7 minutes

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Nouveaux satellites à haute résolution

• 1 à 5 m de résolution - tous commerciales• IKONOS• Earlybird• QuickBird• SPIN-2• Orbview-3• Corona *

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RADAR

• RADAR est un acronyme pour RAdio Detection And Ranging. Radar veut dire détection et télémétrie par ondes radio.

• Les radars transmettent vers

la cible un signal radio dans

les hyperfréquences et détectent

la partie rétrodiffusée du signal.

• L'intensité du signal rétrodiffusé

est mesurée pour discerner les différentes

cibles, et le délai entre la transmission et la

Réception du signal sert à déterminer la distance

(ou la portée) de la cible.

Énergie réfléchie

Énergie transmise

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L’image RADAR

• Les images RADAR ressemblent à des photos aériennes noires et blanches

• Les tons de gris correspondent

à la quantité de rayonnement

RADAR qui est retrodiffusée au

capteur

• La brillance d'un élément sur une

image radar est fonction de la portion

de l'énergie transmise qui retourne au

radar à partir de la cible à la surface. Plus

Il y a retour d’énergie plus les cibles seront

Pâles sur l’image.

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La réflexion RADAR

• Il y a trois principaux types de réflexion:

spéculairediffuse réflecteur en coin

calm

spéculaire

Réflecteur en coin

ArbreEau

calme Maison

Aspect de l’image RADAR

diffuse

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Avantages

• Sa propre source de rayonnement pour illuminer la cible (acquisition d’images en tout temps).

• Passe au travers de la couche nuageuse, de la bruine, de la poussière et de la pluie fine (imagerie sous toutes conditions et de jour comme de nuit).

• Permet une bonne vision de la topographie• Sensible à la rugosité du terrain• Fournit des informations sur le taux d’humidité

d’une cible.

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Désavantages

• La distorsion due à l’échelle oblique se produit parce que le radar mesure la distance des objets obliquement au lieu de mesurer la vraie distance horizontale au sol.

• Le chatoiement RADAR se manifeste comme une texture poivre et sel sur les images.

• Perte considérable de données en régions montagneuses due à l’ombrage et au déplacement du relief.

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Capteurs RADAR

• SEASAT - NASA 1978– A été en orbite que quelques mois

• ERS-1 - ESA 1991-95– 30 mètres de résolution

• ERS-2 - ESA 1994– 30 mètres de résolution

• JERS-1 - Japan 1992– 18 mètres de résolution

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Qu’est-ce qu’une image?• Une image est une représentation pictorielle obtenue dans n'importe

quelle partie du spectre électromagnétique. Représentation d'un objet produite par réflexion ou réfraction de la lumière, la lumière réfléchie ou réfractée étant mise au foyer par une lentille ou un miroir.

• Les images satellitaires sont en format numérique où chaque pixel correspond à un nombre, représentant le niveau d'intensité du pixel.

• Les capteurs enregistrent alors électroniquement l'énergie en format numérique (en rangées de chiffres).

• Chaque cellule s’appelle un PIXEL

• La luminosité de chaque pixel est représentée par une valeur numérique.

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Les données matricielles• Les images sont représentées sous forme de matrice de

rangées et de colonnes et ou chaque cellule de la matrice (pixel de l’anglais qui signifie picture elements) à ses propres coordonnées et attributs.

• Chaque pixel représente une certaine superficie au sol. • Les coordonnées et les attributs de chaque pixel sont ainsi

enregistrés et l'ordinateur affiche chaque valeur numérique comme un niveau de luminosité.

• La luminosité de chaque pixel est représentée par une valeur numérique car les capteurs enregistrent alors électroniquement l'énergie en format numérique (en rangées de chiffres).

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Pixels et lignes

• Le coin gauche supérieur est l’origine

• Les valeurs X sont les pixels ou les colonnes

• Les valeurs y sont les lignes ou

les rangées

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Pixels et lignesPixels

Lignes

X= Pixel 2 et ligne 2 ( 2, 2)

X

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Les bits et les octets

• Le bit est un système binaire (0 ou 1)• Une image affiche généralement des données

en format 8, 16 ou 32 bits.• Le bit réfère aux niveaux exponentiels des

composés binaires– un bit = 21

– 8 bit = 28 ou 256 niveaux de gris– 16 bit = 216 ou 65536 niveaux de gris

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Les formats de fichiers des images

• .pix = PCI ou Eoscape

• .img = ERDAS Imagine

• .lan = ERDAS

• GeoTIFF .tiff = contient des informations à références spatiales

• TIF = requiert un fichier d'en-tête pour effectuer la référence spatiale

• .bil, ,bsq, raw = format matriciel, format commun, nécessite un fichier d'en-tête

• jpeg = format commun des images sur le WWW, l’information n’est pas à référence spatiale

• GRID = format matriciel ESRI

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Les images VIR • Habituellement 3 bandes

spectrales sont téléchargées.

• Chaque bande spectrale

téléchargée individuelle-

ment est visualisée selon

des teintes de grisé.

• On assigne à chaque bande

spectrale un niveau de

couleur (Bleu, vert, rouge).

• Ensemble, les 3 bandes

spectrales forment un

composé couleur.