Transcript LA TELEDETECTION االستشعار عن بعد Telli MoutiA Plan du Cours (1) PREMIERE PARTIE : CONNAISSANCES DE BASE 1.

LA TELEDETECTION
‫االستشعار‬
‫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
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. Introduction
Le 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 BASE
1. 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 OPTIQUES
Exemple d’image du capteur AVHRR (advanced very
high resolution radiometer) du satellite NOAA.
Résolution : env. 1 km.
2. CAPTEURS OPTIQUES
Exemple le satellite SPOT-4 en action
2. CAPTEURS OPTIQUES
Exemple 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
Exploitation
Cartographie,
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'échelle
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,.
1.
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.
9. PROBLEME INVERSE EN
TELEDETECTION
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
O la simulation est au cœur des problèmes de télédétection, car
c'est grâce à elle que l'on peut "retourner en arrière", c'està-dire retrouver, par une technique d'inversion, les causes à
partir des effets.
Objet
Simulateur
Capteur
Image
9. PROBLEME INVERSE EN
TELEDETECTION
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.
TROISIEME PARTIE
APPLICATIONS DE LA 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).
11.PANORAMA DES APPLICATIONS
THEMATIQUES
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:
image METEOSAT
(juillet 1981), A ces
observations il faut
ajouter les
acquisitions de
capteurs radar à
basse résolution très
utiles en météorologie
marine.
11.PANORAMA DES APPLICATIONS
THEMATIQUES
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:
Un grand front créater amazonien vu
par NOAA-AVHRR (à droite : détail)
11.PANORAMA DES APPLICATIONS
THEMATIQUES
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
2. ASPECTS OPERATIONNELS
Des considérations physiques permettent, pour une
application donnée, de choisir:
 un capteur.
 un mode d'acquisition.
 une procédure de traitement.
Pourtant, un certain nombre de contraintes peuvent limiter
la 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 certaines
applications, comme la météorologie, sont devenues
opérationnelles
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 thémati
 La traduction de ce besoin en paramètres
instrumentaux et orbitaux appelée "analyse de mission".
 Certaines missions spatiales mettent en œuvre, lors de
la 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...). .
Conclusion
La 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.
Définitions
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
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
télédétection
Le 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'énergie
2. une cible
3. et un vecteur
source
d'énergie
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
B
E
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.
?