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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 2/90Objectifs du cours
utilitéde la télédétection spatiale Introduire les particularitésde la prise de vue spatialeComprendre le fonctionnement
Exposer la notion de qualité image, afin de savoir : 9 9 V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 3/90Utiliser une image brute ?
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 4/90Titre présentation
4La prise de vue
"parfaite» ? V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 5/90 5Le satellite imageur
est un système physique réelOn sait décrire son comportement -
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 6/90Paysage
observéAtmosphère
Eclairement
Position, vitesse
attitudeOptique, distorsion,
détectionImage brute
F(Paysage observé)
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 7/90Paysage
observé image bruteConditions de prise de vue réelles
Modèle de prise de vue
Traitements
Bord/Sol
Acquisition
bordProduit utilisateur
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 8/90Titre présentation
8 Modèle physique qui relie le paysage observé à la sortie instrument132211453514
350530382361
652340291164
412286301175
72423502653
153501311245
23127534198
18431117372
341506401428
401364746271
738352462215
19380150896
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 9/90Utilisation 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 phytoplanctonSent-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 ImageSuivi 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 TerreLybieBeninaairfield BDA, 1986
Cartographie
Renseignement
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 14/90Mesure 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 16/90Ondes électromagnétiques
OPTIQUE
RADAR V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 17/90Domaines spectraux en optique
PHR rouge/vert/bleu
PHR PIR/rouge/vert
SPOT 4 MIR/PIR/Vert
neigenuagesInfraRougeAVHRR nov2012
chaud froid V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 18/90Bandes 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 3.00µmIRT / 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 19/90Réponse paysages et instrumentales PHR
0 50100
150
200
250
300
0,40,50,60,70,80,9
micronsLuminances spectrales
MerNeige_a8
Vgt_herbe1
Sable_dune
B0 B1 B2 B3 PANExemples de réponses spectrales
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 20/90Optique ou Radar ?
RADAR : ACTIF
Impulsion
transmiseÉcho réfléchi
OPTIQUE : PASSIVE
émetteur:
Illumination
naturelle capteur V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 21/90Imagerie 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 22/90B1 ~vertB2 ~rougeB3 ~proche IR
Composition colorée :
Bleu= B1
Vert= B2
Rouge= B3
Diversité spectrale : SPOT (2/5)
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 23/90Diversité spectrale : Sentinel-2
AerosolsWater vapor
B9 B1B2B3B4
B5 B6 B7 B8 B8a B10B11B12
Cirrus
Snow/ice/cloud
Vegetation
red edge 400nm 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 eauVisibleProche
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 1,03456789101112
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 1,00,40,91,41,92,4
Longueur d'onde (µm)
Transmission spectrale.
O2H2O Transfertradiatif: modélisationdu signal observé V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 26/90Résolution spatiale:
1mEchantillonnage fin dans le
domaine spatialPourquoi ?
Cartographier
Identifier
Résolution spectrale:
1000 bandes entre 3 et 15 µm
Echantillonnage fin dans le
domaine spectralPourquoi ?
Remonter à des propriétés
physiquesImagerie Ùspectroscopie
PLEIADESIASI
Imagerie
hyperspectraleSpectro-imageur
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 27/90Diversité 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,
environnement¾échelle régionale ou continentale
9pixel ~ 10 à 100 m : agriculture, cartographie, géologie, gestion des
risques¾échelle 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 28/90Image Météo
résolution 4 km champ 12000 km V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 29/90Image Végétation
résolution 1 km champ 2000 km composition coloréeB3 B2 B0
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 30/90Image SPOT4
résolution 10 m champ 60 km V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 31/90Image SPOT5
résolution 2.5 m champ 60 km V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 32/90Cours QI © CNES Introduction -32/88
Image Pléiades
résolution 70 cm V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 33/90Image WorldView2
résolution 50 cm V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 34/90Image aéroportée
résolution 10 cm V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 35/90Cours QI © CNES Introduction -35/88
Tibesti vu par PHR1B
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 36/90Cours QI © CNES Introduction -36/88
Les pyramides vues par PHR1B
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 37/90Cours QI © CNES Introduction -37/88
Manhattan vu par PHR1B
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 38/90Le système spatial
de télédétection optiqueLes orbites
Acquisition des images
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 39/90Acquisition des images : Illustration Pléiades
V5.4 © CNES 2018Cours Qualité Image : Introduction 40/90Observer : 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 a342En orbite basse (h~800 km) :
Période T ~ 1 h 40
Vitesse orbitale ~ 7 km /s
8090
100
110
120
130