Corrections géométriques et radiométriques

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Traitement d'images

 

Corrections géométriques et radiométriques

Corrections géométriques

Les images acquises par les systèmes d'observation de la Terre ne peuvent être directement superposées à des cartes parce qu'elles sont affectées de déformations géométriques. Ces déformations sont dues à des erreurs de positionnement du satellite sur son orbite, au fait que la Terre tourne sur son axe durant l'enregistrement de l'image, aux effets du relief terrestre, etc. Elles sont encore amplifiées par le fait que certains satellites prennent des images en oblique.
Certaines déformations, comme l'effet de rotation de la Terre ou l'effet de visée oblique, sont prévisibles et il est possible d'en calculer l'effet, et donc d'appliquer des corrections systématiques. Les satellites ont également à leur bord des systèmes sophistiqués permettant d'enregistrer de très faibles mouvements affectant le satellite. Ces informations sont principalement utilisées pour corriger (quand c'est nécessaire) la position du satellite, mais ils peuvent également servir à corriger géométriquement les images.

Les producteurs d'images proposent généralement d'appliquer les corrections les plus élémentaires, en se basant sur les informations connues du satellite. Ainsi, pour les images SPOT, il est possible d'acheter des images non corrigées géométriquement ("niveau 1A"), mais un grand nombre d'utilisateurs travaillent à partir d'images dont les distorsions systématiques ont été corrigées ("niveau 1B").

Ces corrections peuvent être appliquées sans connaissance particulière du terrain. La précision de localisation dans ces images SPOT est alors de l'ordre de 500m.

Pour améliorer la précision des corrections, il faut disposer de points de repères (identifiés sur une carte topographique ou sur le terrain, au moyen d'un GPS). La précision des images SPOT corrigées de cette manière est de l'ordre de 50m, et ces données peuvent être 
présentées dans une projection cartographique donnée (c.-à-d. que les images sont superposables à une carte).

Dans les zones à fort relief, les parallaxes engendrées par le relief sont une source importante de déformations, surtout lorsque les images ont été enregistrées en vue oblique.

Sur le graphique de gauche, le point A correspond à la position du sommet de la montagne sur une carte. Le point B correspond à l'image du sommet de la montagne vu par le satellite.

 La distance A-B est la parallaxe engendrée par le relief. Pour corriger ces déformations, il faut disposer d'un modèle numérique de terrain, fichier informatique indiquant l'altitude du terrain pour chaque pixel de l'image. En règle générale, on considère que dans des conditions idéales, il est possible de corriger des images satellitaires de telle manière que les déformations ne dépassent pas la taille du pixel (10m pour une image SPOT P), mais ces conditions idéales sont à vrai dire rarement rencontrées.

Corrections radiométriques

...mais que faire ensuite de toutes ces perturbations ?

Un système d'observation de la Terre idéal serait équipé d'un spectro-radiomètre parfait, mesurant de manière précise et uniforme la quantité d'énergie réfléchie par les objets situés à la surface de la Terre.

Malheureusement, la lumière solaire qui éclaire les objets est perturbée par sa traversée de l'atmosphère et n'éclaire pas tous les objets sous un même angle.

De plus, la lumière réfléchie par les objets doit également traverser l'atmosphère avant d'être analysée par le capteur du satellite et cette traversée perturbe également le signal.

Ces perturbations sont dues à la présence de gaz et de poussières qui peuvent absorber et/ou réfléchir certaines longueurs d'ondes, modifiant ainsi les propriétés spectrales du rayonnement.

Le traitement électronique du rayonnement reçu par les capteurs s'accompagne lui-aussi de certaines perturbations. En conséquence, il est finalement assez difficile de retrouver les valeurs radiométriques précises à partir des données enregistrées par les satellites d'observation de la Terre. Or, il est parfois très utile de pouvoir calibrer de manière précise ces données, par exemple pour comparer des données enregistrées par des satellites différents ou enregistrées par un même satellite à des moments différents.

Il existe plusieurs solutions pour tenter de corriger ces défauts. Certaines sont basées sur des modèles mathématiques complexes décrivant les interactions principales. Ces modèles sont efficaces, mais leur application suppose que l'on connaisse les valeurs de certains paramètres (tels la composition de l'atmosphère) lors et au lieu de la prise de vue, ce qui est rarement possible.

D'autres méthodes de corrections radiométriques se basent sur l'observation de cibles de référence dont on connaît la radiométrie. Des surfaces d'eau libre, des calottes glaciaires et des étendues de sables désertiques sont souvent utilisées, mais ici aussi, on comprendra que la mise en œuvre pratique de ces corrections est souvent malaisée. En fait, une très grande majorité des recherches en télédétection s'effectue sur des données dont la radiométrie n'a pas été corrigée.