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SYS-866 SIG et télédétection
© LANDRY 2005
SYS-866SYS-866
Système d’information géographiqueSystème d’information géographiqueet télédétection et télédétection
SYS-866 SIG et télédétection
© LANDRY 2005
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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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. »
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Source : CCT
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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 elle-même cette énergie.
• Le soleil est très souvent cette source• Capteurs actif vs passif Télé
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Acquisition d’image
• Capteurs actif vs passif• Passif
• Utilise l’énergie solaireréfléchie par la scène oul’énergie émise parl’objet (ex:IR)
• Actif• Le capteur émet une
source d’énergie etmesure ce qui estréfléchit (ex:radar,lidar)
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Source : CCT
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Acquisition d’image
• Le rayonnement doit traverser l'atmosphère• Les particules et les gaz dans
l'atmosphère peuventdévier ou bloquer lerayonnement 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
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Source : www.everythingweather.comSource : Space Telescope Science Institute
Absorption atmosphérique
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Acquisition d’image
• Réflexion de l’énergie incidente
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Source : CCT
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Acquisition d’image
• Géométrie de la prise d’image
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Source : Gosselin & Codjia 2005
36 000km
1000km
Photographies aériennes 300m à 12km
Images satellitale
NADIR
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Acquisition d’image
• Cette semaine:• La photographie
aérienne
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Gaspar Felix Tournachon dit Nadar
(Paris 1858)
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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.
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Source : Gosselin & Codjia 2005
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Acquisition d’image Télé
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Source : CCT
Vue oblique
Vue verticale
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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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Géométrie de l’image
• Photographieaérienne• Négatif : Image inversée et réduite
mais proportionnelle au terrain.• Négatif et positif sont à la même
distance de l’objectif(la distance focale f)
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Camera obscura (16iem siècle)
Source : Gonzales et Woods 2003
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Géométrie de l’image
• Photographie aérienne• plus la distance focale (f) est
courte, plus le champ de vueangulaire est grand donc,pour la même altitude devol, plus grande est lasurface couverte au solpar un cliché
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Source : Gosselin & Codjia 2005
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Géométrie de l’image • Le terrain a une topographie variable, donc la photo n’a
pas une échelle constante
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Source : Gosselin & Codjia 2005
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Géométrie de l’image Télé
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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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Géométrie de l’image Télé
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n • 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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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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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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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 sontnormalement effectuéespar le fournisseur d’images
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Source : tpouchin.club.fr
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Les pré-traitements
• Les corrections géométriques• Corrections des distorsions géométriques
dues aux variations de la géométrie Terre-capteur
• Transformation des données en vraies coordonnées sur la surface de la Terre
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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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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 mathématiquedes paramètres géométriques de l’enregistrement de la scène
• Chaque plate-forme possède sont propremodèle 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)
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Source : www.geog.mcgill.ca
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Corrections géométriques
• Marques fiduciaires (fiducial marks)
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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
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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)
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Source : tpouchin.club.fr
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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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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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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 reéchantillonnageT
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Modèle de déformationTélé
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Plus proche voisin Interpolation cubique
• Déformation des images
Source : geog.hkbu.edu.hk
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Prise de points d'appui
• Quatrième étape• Reéchantillonnage
des valeurs despixels de l’image
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Source : www.ga.gov.au
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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 reéchantillonnageTélé
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Plus proche voisin
Interpolation bilinéaire
Interpolation cubique
Source:www.nr.usu.edu
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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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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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Corrections géométriques
• Orthorectification
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Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriquesTélé
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Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriquesTélé
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Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriquesTélé
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Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriques
• Géométrie du captage
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Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriques
• Géométrie du captage• Effet de l’orthorectification
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Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriques
• Orthorectification
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n Source : Présentation PCI Geomatica
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Corrections géométriques
• Orthorectification
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Adapté de www.microimages.com
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Corrections géométriques
• Possibilités dans PCI• Orthorectification:
• Modèle de plate-forme+ points d’appuie+ DEM
• Points d’appuie+ DEM
– Pourquoi utiliser un Modèle de plate-forme ?
• Pas d’orthorectification• Points d’appuie seul
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Aerial photographySatellite orbital{
Rational functionsThin plate spline{
Polynomial (2-D){
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Corrections géométriquesTélé
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Avec une paire stéréo et un MNE !!!
Source : www.geotango.com