SYS-866 SIG et télédétection
SYS-866
Système d’information géographique
et télédétection
© LANDRY 2005
SYS-866 SIG et télédétection
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)
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Télédétection
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. »
Source : CCT
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Télédétection
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 ellemême cette énergie.
• Le soleil est très souvent cette source
• Capteurs actif vs passif
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Télédétection
Acquisition d’image
• Capteurs actif vs passif
• Passif
• Utilise l’énergie solaire
réfléchie par la scène ou
l’énergie émise par
l’objet (ex:IR)
• Actif
• Le capteur émet une
source d’énergie et
mesure ce qui est
réfléchit (ex:radar,lidar)
Source : CCT
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Télédétection
Acquisition d’image
• Le rayonnement doit traverser
l'atmosphère
• Les particules et les gaz dans
l'atmosphère peuvent
dévier ou bloquer le
rayonnement incident.
• Causés par les
mécanismes de
diffusion et d'absorption
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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.
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Acquisition d’image
• Transmission/Absorption atmosphérique
Absorption atmosphérique
Source : Space Telescope Science Institute
Source : www.everythingweather.com
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Acquisition d’image
• Réflexion de l’énergie incidente
Source : CCT
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Télédétection
Acquisition d’image
• Géométrie de la prise d’image
36 000km
NADIR
1000km
Images satellitale
Photographies aériennes
300m à 12km Source : Gosselin & Codjia 2005
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Télédétection
Acquisition d’image
• Cette semaine:
• La photographie
aérienne
Gaspar Felix Tournachon dit Nadar
(Paris 1858)
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Télédétection
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.
Source : Gosselin & Codjia 2005
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Acquisition d’image
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Télédétection
Vue oblique
Vue verticale
Source : CCT
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Télédétection
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
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Télédétection
Géométrie de l’image
• Photographie
aérienne
• Négatif : Image inversée et réduite
mais proportionnelle au terrain.
• Négatif et positif sont à la même
distance de l’objectif
(la distance focale f)
Camera obscura (16iem siècle)
Source : Gonzales et Woods 2003
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Télédétection
Géométrie de l’image
• Photographie aérienne
• plus la distance focale (f) est
courte, plus le champ de vue
angulaire est grand donc,
pour la même altitude de
vol, plus grande est la
surface couverte au sol
par un cliché
Source : Gosselin & Codjia 2005
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Télédétection
Géométrie de l’image
• Le terrain a une topographie variable, donc la photo n’a
pas une échelle constante
Source : Gosselin & Codjia 2005
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Télédétection
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.
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Télédétection
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
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Télédétection
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)
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Télédétection
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)
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Télédétection
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 sont
normalement effectuées
par le fournisseur d’images
Source : tpouchin.club.fr
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Télédétection
Les pré-traitements
• Les corrections géométriques
• Corrections des distorsions géométriques
dues aux variations de la géométrie Terrecapteur
• Transformation des données en vraies
coordonnées sur la surface de la Terre
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Télédétection
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
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Les pré-traitements
• Les corrections géométriques
• Transformation des données en vraies
coordonnées sur la surface de la Terre
– ex: latitude, longitude
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Télédétection
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 mathématique
des paramètres géométriques de l’enregistrement de
la scène
• Chaque plate-forme possède sont propre
modèle de navigation
• Selon le rapport de calibrage du survol
• Permet d’identifier précisément la géométrie de la
prise d’image – orientation interne
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Corrections géométriques
• Marques fiduciaires (fiducial marks)
Source : www.geog.mcgill.ca
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Corrections géométriques
• Marques fiduciaires (fiducial marks)
Source : image labo 3
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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
Source : tpouchin.club.fr
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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)
Source : tpouchin.club.fr
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Télédétection
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
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Télédétection
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)
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Télédétection
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
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Modèle de déformation
• Déformation des images
Plus proche voisin
Interpolation cubique
Source : geog.hkbu.edu.hk
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Prise de points d'appui
• Quatrième étape
• Reéchantillonnage
des valeurs des
pixels de l’image
Source : www.ga.gov.au
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Télédétection
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
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Algorithmes de reéchantillonnage
Interpolation bilinéaire
Interpolation cubique
Plus proche voisin
Source:www.nr.usu.edu
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Télédétection
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"
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Télédétection
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!
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Télédétection
Corrections géométriques
• Orthorectification
Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriques
Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriques
Source : Présentation PCI Geomatica
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Télédétection
Corrections géométriques
Source : Présentation PCI Geomatica
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Télédétection
Corrections géométriques
• Géométrie du captage
Source : Présentation PCI Geomatica
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Télédétection
Corrections géométriques
• Géométrie du captage
• Effet de l’orthorectification
Source : Présentation PCI Geomatica
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Télédétection
Corrections géométriques
• Orthorectification
Source : Présentation PCI Geomatica
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Télédétection
Corrections géométriques
• Orthorectification
Adapté de www.microimages.com
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Télédétection
Corrections géométriques
• Possibilités dans PCI
• Orthorectification:
• Modèle de plate-forme
+ points d’appuie
+ DEM
• Points d’appuie
+ DEM
{
Aerial photography
Satellite orbital
{
Rational functions
Thin plate spline
– Pourquoi utiliser un Modèle de plate-forme ?
• Pas d’orthorectification
• Points d’appuie seul
{ Polynomial (2-D)
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Télédétection
Corrections géométriques
Avec une paire stéréo et un MNE !!!
Source : www.geotango.com
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