Acquisition de données
Les images de télédétection
La télédétection a été une des premières disciplines basées sur l'analyse et l'exploitation d'images numériques, et de nombreuses techniques de traitement d'images ont été mises au point dans le cadre de projets de télédétection.
De nos jours, les images numériques sont omniprésentes et la télédétection ne représente plus qu'une infime partie des utilisations possibles.
Les caractéristiques fondamentales des images de télédétection sont :
- la résolution spectrale
- la résolution spatiale
Image PROBA-V de la Belgique acquise le 24/08/2016. Il s'agit d'un composite S1 TOA 1 km (synthèse quotidienne Top of Atmosphere, donc sans corrections atmospérique, d'images à 1 km de résolution). ©ESA-BELSPO 2017, produced by VITO
Résolution spectrale
En fonction de leurs caractéristiques techniques, les capteurs à bord des satellites enregistrent le rayonnement réfléchi ou émis par les objets au sol dans des gammes ou intervalles de longueur d'onde donnés.
La résolution spectrale est l'aptitude du capteur à distinguer des rayonnements électromagnétiques de fréquences différentes. Plus le capteur est sensible à des différences spectrales fines (intervalles de longueur d'onde étroits), plus la résolution spectrale du capteur est élevée. La résolution spectrale dépend du dispositif de filtrage optique qui décompose l'énergie captée en bandes spectrales plus ou moins larges.
Imagerie panchromatique
Les images panchromatiques sont obtenues à partir de l'enregistrement du rayonnement dans un unique intervalle de longueur d'onde situé dans le domaine du visible, càd entre 0,4 et 0,7 m.
Comme les données ne sont acquises que dans un seul canal, seules des images en noir et blanc peuvent être obtenues (si l'image est codée sur 8 bits, elle sera visualisable en 255 niveaux de gris). Bien que moins riche du point de vue de la résolution spectrale, l'image panchromatique offre une résolution spatiale plus importante
Imagerie multispectrale ou multibande
Les données multispectrales sont obtenues par des enregistrements simultanés dans un petit nombre de bandes spectrales (3 à 8), celles-ci n'étant pas nécessairement contigües.
La représentation par combinaison de ces bandes d'information numérique en utilisant les trois couleurs primaires (rouge, vert, bleu) permet d'obtenir des images en couleurs. Les données de chaque bande sont représentées comme une couleur primaire et, selon la luminosité relative (c.-à-d. valeur numérique) de chaque pixel dans chaque bande, les couleurs primaires se combineront en proportions différentes pour produire des couleurs distinctes.
Affichage d’une image Pléiades en composition colorée infrarouge fausses couleurs
A titre d'exemple, le capteur OLI (Operational Land Imager) embarqué à bord du satellite LANDSAT 8 enregistre dans 8 bandes spectrales situées entre 0,43 et 2,29 µm en mode multispectral (4 dans le visible, 1 dans le proche infrarouge, 3 dans le moyen infrarouge) et dans une bande en mode panchromatique, tandis que le capteur TIRS (Thermal Infrared Sensor) enregistre dans 2 bandes situées dans l'infrarouge thermique.
Le capteur NAOMI des satellites SPOT 6 et 7 comporte 4 bandes spectrales en mode multispectral:
- la bande bleue couvre la partie du spectre allant de 0,450 à 0,520 µm
- la bande verte de 0,53 à 0,59 µm
- la bande rouge de 0,625 à 0,695 µm
- la bande proche infrarouge (PIR) de 0,76 à 0,89 µm
et une seule bande spectrale en mode panchromatique (0,45 - 0,745µm ).
Imagerie hyperspectrale (ou spectroscopie imageante)
Les images " hyperspectrales " sont obtenues par des capteurs capables d'enregistrer l'information dans une multitude (souvent plus de 200) de bandes spectrales beaucoup plus étroites (de l'ordre de quelques nm) et souvent contigües, dans les portions visible, proche infrarouge et infrarouge moyen du spectre électromagnétique.
Les données hyperspectrales fournissent donc une information plus détaillée des propriétés spectrales (signature spectrale fine) d'une scène et permettent une identification et une discrimination plus précises des objets que les capteurs à larges bandes.
Chaque pixel d'une image hyperspectrale contient l'information recueillie dans de grandes fenêtres d'acquisition étalées sur la totalité du spectre visible et infrarouge.
Imaging Spectroscopy Concept
Source: VITO - Flemish Institute for Technological Research
La quantité d'information à stocker et à traiter est donc énorme et requiert des capacités de calcul bien plus importantes que dans le cas des images multispectrales.
Les applications de l'imagerie hyperspectrale sont bien entendu multiples. Parmi les plus importantes, on peut citer la géologie (identification des minéraux…), l'agriculture de précision, la foresterie (état sanitaire, identification d'espèces…) ou la gestion des milieux aquatiques (qualité des eaux, composition en phytoplancton…)
Exemple: le spectroradiomètre aéroporté APEX (Airborn Prism Experiment), développé pour l'ESA comme instrument de calibration et de validation d'un futur imageur hyperspectral satellitaire, enregistre dans 285 bandes entre 400 et 2500 nm, avec un intervalle de longueur d'onde inférieur à 5 nm dans le visible et le proche IR et à 10 nm dans le moyen IR.
Pour en savoir plus:
Techniques hyperspectrales
An Overview of Hyperspectral Remote sensing
USGS Spectroscopy Lab
Imaging Spectroscopy Resources on the Web
Résolution spatiale
Un coup de balai pour mieux voir
La résolution des images numériques est définie par le nombre de pixels par millimètres. En télédétection, on exprime la résolution des images par la taille de la zone couverte par un pixel. Chaque pixel de l'image correspond à une partie de la surface de la Terre. On parle alors de "résolution-sol".
Chaque élément sensible du CCD du capteur haute résolution du satellite SPOT 3 ne mesurait que 13 µm (0,013 mm) mais cet élément sensible "voyait" une zone d'environ 10x10 mètres à la surface de la Terre à travers le télescope du système d'observation. On dira donc que la résolution de ce capteur est de 10 mètres.
Comme le capteur CCD de ce satellite était composé de 6000 éléments sensibles placés le long d'une barrette, le satellite circulant sur son orbite "balayait" une zone de 6000 x 10 m (60 km) à la surface de la Terre.
La résolution de quelques satellites d'observation de la Terre est donnée dans le tableau ci-dessous :
| Satellite | Capteur | Résolution-Sol |
| Meteosat 11 | Seviri | 1 km |
| PROBA-V | VEGETATION | 100 m - 300 m |
| Landsat 8 | TIRS | 100 m |
| Landsat 4 | MSS | 80 m |
| Landsat 4 | Thematic Mapper | 30 m |
| Landsat 8 | OLI Multispectral | 30 m |
| SPOT 3 | HRV Multispectral | 20 m |
| Landsat 8 | OLI Panchromatique | 15 m |
| SPOT 3 | HRV Panchromatique | 10 m |
| SPOT 6&7 | Multispectral | 6 m |
| Pléiades | Multispectral | 2 m |
| SPOT 6&7 | Panchromatique | 1,5 m |
| Pléiades | Panchromatique | 0,70 m |
Pour illustrer l'importance de la résolution sur la qualité des images, voici un extrait d'une image du capteur Thematic Mapper du satellite américain Landsat 4, comparé à la même zone, vue par le capteur HRV en mode panchromatique du satellite français SPOT 3. Une partie de l'image a été agrandie. La zone couverte est l'aéroport de Zaventem:
