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V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 1/90

Imagerie spatiale

Introduction

Adapté des slides CNES/ cours QI

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 2/90

Objectifs du cours

utilitéde la télédétection spatiale Introduire les particularitésde la prise de vue spatiale

Comprendre le fonctionnement

Exposer la notion de qualité image, afin de savoir : 9 9 V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 3/90

Utiliser une image brute ?

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 4/90

Titre présentation

4

La prise de vue

"parfaite» ? V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 5/90 5

Le satellite imageur

est un système physique réel

On sait décrire son comportement -

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 6/90

Paysage

observé

Atmosphère

Eclairement

Position, vitesse

attitude

Optique, distorsion,

détection

Image brute

F(Paysage observé)

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 7/90

Paysage

observé image brute

Conditions de prise de vue réelles

Modèle de prise de vue

Traitements

Bord/Sol

Acquisition

bord

Produit utilisateur

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 8/90

Titre présentation

8 Modèle physique qui relie le paysage observé à la sortie instrument

132211453514

350530382361

652340291164

412286301175

72423502653

153501311245

23127534198

18431117372

341506401428

401364746271

738352462215

19380150896

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 9/90

Utilisation de la télédétection spatiale

-ce que la télédétection ?

Diversité spectrale

Diversité spatiale

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 10/90 image thermique AVHRR -NOAA image Vis MeteoSat-Eumetsatimage Radarsat-ASC Synthèse 1998-2007 concentration en phytoplancton

Sent-2 -ESA

Vue 3D Pléiades de la

calotte du Tungnafelljokull

© CNES 2013, Distribution Airbus D&S

Venise par Pleiades

© CNES 2013, Distribution Airbus D&S

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 11/90 Images Spot 4 avant et après la tempête Xynthiaqui a frappé les côtes vendéennes dans la nuit 27 au 28 février 2010. ©CNES Distribution Spot Image

Suivi des catastrophes naturelles

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 12/90

© CNES 2012, distribution Astrium Services / Spot Image SA, all rights reserved© CNES 2012, distribution Astrium Services / Spot Image SA, all rights reserved

Haïti Cyclone Sandy

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 13/90 Terre

LybieBeninaairfield BDA, 1986

Cartographie

Renseignement

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 14/90

Mesure du relief

© CNES 2007/Distribution Spot Image

Traitement CNRS-LEGOS.

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 15/90 -ce que la Télédétection ?

Rayonnement

EmissionTransmissionRéception

ObjetCapteur

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 16/90

Ondes électromagnétiques

OPTIQUE

RADAR V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 17/90

Domaines spectraux en optique

PHR rouge/vert/bleu

PHR PIR/rouge/vert

SPOT 4 MIR/PIR/Vert

neigenuages

InfraRougeAVHRR nov2012

chaud froid V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 18/90

Bandes spectrales

CodeabrégéBandespectrale

PA ou PANPanchromatique0.45 0.70 à 0.90 µm

B0Bleu0.40 0.55 µm

B1Vert0.50 0.60 µm

B2Rouge0.60 0.70 µm

B3ou PIR / anglais NIRProcheInfrarouge0.75 1.30 µm MIR / anglais SWIR Moyen Infrarouge1.30 3.00µm

IRT / anglais TIRInfrarouge thermique3 50 µm

Bandes Radar : désignation par des lettres K, X, S, C, L, P Bandes optiques : désignation courante des bandes V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 19/90

Réponse paysages et instrumentales PHR

0 50
100
150
200
250
300

0,40,50,60,70,80,9

microns

Luminances spectrales

Mer

Neige_a8

Vgt_herbe1

Sable_dune

B0 B1 B2 B3 PAN

Exemples de réponses spectrales

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 20/90

Optique ou Radar ?

RADAR : ACTIF

Impulsion

transmise

Écho réfléchi

OPTIQUE : PASSIVE

émetteur:

Illumination

naturelle capteur V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 21/90

Imagerie Radar : système "tout temps»

de jour comme de nuit quelles que soit les conditions météorologiques (sans nuages ! )

ERS (radar C band)LandsatTM

Waterford, Ireland, 9/08/91

Surface : 50 km x 50 km

Landsat pass time:

10H43 a.m.

ERS-1 pass time:

11H25 a.m.

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 22/90

B1 ~vertB2 ~rougeB3 ~proche IR

Composition colorée :

Bleu= B1

Vert= B2

Rouge= B3

Diversité spectrale : SPOT (2/5)

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 23/90

Diversité spectrale : Sentinel-2

AerosolsWater vapor

B9 B1

B2B3B4

B5 B6 B7 B8 B8a B10

B11B12

Cirrus

Snow/ice/cloud

Vegetation

red edge 400
nm 600
nm 800
nm 1000
nm 1200
nm 1400
nm 1600
nm 1800
nm 2000
nm 2200
nm 2400
nm 10 m 20 m 60 m
VNIR SWIR

Visible

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 24/90 Réflectancespectralede la végétationchlorophyllienne m)

EauChlorophylle

ABSORPTION

REFLECTION

pigment de la feuilleStructure cellulaireTeneuren eau

VisibleProche

Infra-RougeMoyenInfra-Rouge

Transfertradiatif: modélisationdu signal observé V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 25/90 Pics d'absorptionpropresà chaquetype de moléculesprésent dansl'atmosphèreAEnotion de fenêtresatmosphériques 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

3456789101112

Longueur d'onde (µm)

Transmission spectrale.

CO2O3 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,40,91,41,92,4

Longueur d'onde (µm)

Transmission spectrale.

O2H2O Transfertradiatif: modélisationdu signal observé V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 26/90

Résolution spatiale:

1m

Echantillonnage fin dans le

domaine spatial

Pourquoi ?

Cartographier

Identifier

Résolution spectrale:

1000 bandes entre 3 et 15 µm

Echantillonnage fin dans le

domaine spectral

Pourquoi ?

Remonter à des propriétés

physiques

Imagerie Ùspectroscopie

PLEIADESIASI

Imagerie

hyperspectrale

Spectro-imageur

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 27/90

Diversité spatiale

Grande variété des échelles d:

9pixel ~ 1 à 100 km : bilan radiatif, météorologie, atmosphère

¾échelle globale ou continentale

9pixel ~ 100 à 1000 m : agriculture, forêt, océanographie,

environnement

¾échelle régionale ou continentale

9pixel ~ 10 à 100 m : agriculture, cartographie, géologie, gestion des

risques

¾échelle régionale ou locale

9pixel ~ 1 à 10 m : cartographie de précision, urbanisme, forêts

¾échelle locale

9pixel ~ 1m à 0.20 m : haute et très haute résolution, renseignement

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 28/90

Image Météo

résolution 4 km champ 12000 km V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 29/90

Image Végétation

résolution 1 km champ 2000 km composition colorée

B3 B2 B0

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 30/90

Image SPOT4

résolution 10 m champ 60 km V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 31/90

Image SPOT5

résolution 2.5 m champ 60 km V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 32/90

Cours QI © CNES Introduction -32/88

Image Pléiades

résolution 70 cm V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 33/90

Image WorldView2

résolution 50 cm V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 34/90

Image aéroportée

résolution 10 cm V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 35/90

Cours QI © CNES Introduction -35/88

Tibesti vu par PHR1B

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 36/90

Cours QI © CNES Introduction -36/88

Les pyramides vues par PHR1B

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 37/90

Cours QI © CNES Introduction -37/88

Manhattan vu par PHR1B

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 38/90

Le système spatial

de télédétection optique

Les orbites

Acquisition des images

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 39/90

Acquisition des images : Illustration Pléiades

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 40/90

Observer : où, pourquoi et comment ?

Accèsmondial ou régional : quelles zones veut-on observer ? Couverture: quelle zone veut-on acquérir depuis une orbite donnée ? Répétitivité: combien de temps entre 2 images de la même zone ? Réactivité: combien de temps entre la demande et la livraison ? Résolution spatiale: quels détails sont visibles ? Résolution radiométrique: quelle précision sur la mesure physique ?

Bandes spectrales

Localisation: quelle précision de positionnement des pixels ? V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 41/90 Généralités sur les orbites satellitaires Trajectoires képlériennes(terre sphérique et homogène) :

¾elles sont planes

¾ce sont des coniques de foyer le centre attracteur (centre Terre) ¾leur loi horaire est décrite par la loi des aires : avec constante de gravitation terrestre : = 398600 km3/s2 ¾circulaires (ou faiblement elliptiques) => altitude h et vitesse inertielle constantes T2 a342

En orbite basse (h~800 km) :

Période T ~ 1 h 40

Vitesse orbitale ~ 7 km /s

80
90
100
110
120
130

0200400600800100012001400160018002000

Période orbitale en min.

altitude en km a = req+ h req= 6378 km V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 42/90

Les orbites pour

1 tour = 24h

1 tour ~1h40

~15 tours/jour

Vsubsat~7 km/s1 tour/jour

Fixe % Terre

Satellite Géostationnaire

9Accès permanent sur hémisphère

9Altitude élevée (36000 km)

Satellite Polaire

9Couverture quasi-mondiale

9Accessibilité limitée (selon

période, débattement, latitude)

9Altitudes faibles possibles

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 43/90

Durée de vie, stabilité

9altitude > 300 km

Haute résolution géométrique

9basse altitude

9haute altitude

Échelle constante

9orbite circulaire

9orbite héliosynchrone

Maximisation de la surface couverte

9orbite quasi polaire (i ~ 90°)

Répétitivité

9

Couverture complète

9 V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 44/90

Avion ou satellite ?

Règlementation aérienne / vulnérabilité

Choix de la trajectoire % site

Très haute résolution accessible

Qualité géométrique variable

Accès global / immunité

Trajectoire orbitale figée

Résolution limitée physiquement

Géométrie stable

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 45/90

1 pixel1 ligne1 image

Contribution NASA

scannerspush-broommatrices V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 46/90

Organisation générale système

Demandes et distribution de produits

Données images

Information-demande de mise

Centre de contrôle

et programmation

Station de

réception directe

Station principale

de Kiruna (Suède)

Utilisateurs

Utilisateurs

Utilisateurs

Centre utilisateur de Toulouse

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 47/90

Panorama de quelques missions

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 48/90

RADARSAT II (Canada, 2001)

Pleine polarimétrie :res. (distance sol): 25 m x 28 m

Mode pleine

polarimétrie

Période : 24 jours/ Enregistrement embarqué

Résolution au sol : 3 m-100mFauchée :10 km-500 km

Bande C (5,3 GHz)

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 49/90

LANDSAT 8

Satellite civil américain (NASA/NOAA/USGS)

Acquisition par balayage push-broom, pas de dépointage Bandes :PA15 m, VIS-PIR-MIR(9 bandes) 30m, IRT (2 bandes)100mFauchée : 185 km Orbite :cycle 16jours Heure locale : 10:30Altitude:705 km

Codage 12 bits

Stockage des données: mémoire de masse

Masse : 2600 kg

Tir : 11/02/2013

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 50/90

SENTINEL-2

2 Satellites civils européens (ESA)

Acquisition par balayage push-broom,

13 bandes : 4 VNIR 10m, 6 PIR+SWIR 20m, 3 Atmosphère 60mFauchée : 290 km

Orbite :cycle 10jours (5j S2A+S2B) Heure locale : 10:30Altitude:786 km

Codage 12 bits

Stockage des données: mémoire de masse

Masse : 1200 kg

Tir S2A : 23/06/2015

Tir S2B : 06/03/2017

V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 51/90

PLEIADES

Masse : 1000 kg

Tir : 1A 17/12/2011,

1B 2/12/2012

Satellite civil/militaire (CNES)Lancement:2011 et 2012 Bandes spectraleset résolutionPAN 0,7mB0-B1-B2-B3 2,8 m Orbite:cycle 26 jours Heure locale : 10:15Altitude: 698 km

Fauchée:20 kmCodage12 bitsMasse: 1000 kg

Instrument:IPV: Focale 12,90 m, Diamètre 65 cm, PAN TDI, XS CCD quadrichrome

Stockage des

données:quotesdbs_dbs17.pdfusesText_23