50
SYS-866 SIG et télédétectio © LANDRY 2005 SYS-866 SYS-866 Système d’information géographique Système d’information géographique et télédétection et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

SYS-866SYS-866

Système d’information géographiqueSystème d’information géographiqueet télédétection et télédétection

Page 2: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique 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)

Page 3: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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. »

Télé

déte

ctio

n

Source : CCT

Page 4: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

déte

ctio

n

Page 5: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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)

Télé

déte

ctio

n

Source : CCT

Page 6: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Page 7: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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.

Télé

déte

ctio

n

Page 8: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Acquisition d’image

• Transmission/Absorption atmosphérique

Télé

déte

ctio

n

Source : www.everythingweather.comSource : Space Telescope Science Institute

Absorption atmosphérique

Page 9: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Acquisition d’image

• Réflexion de l’énergie incidente

Télé

déte

ctio

n

Source : CCT

Page 10: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Acquisition d’image

• Géométrie de la prise d’image

Télé

déte

ctio

n

Source : Gosselin & Codjia 2005

36 000km

1000km

Photographies aériennes 300m à 12km

Images satellitale

NADIR

Page 11: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Acquisition d’image

• Cette semaine:• La photographie

aérienne

Télé

déte

ctio

n

Gaspar Felix Tournachon dit Nadar

(Paris 1858)

Page 12: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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.

Télé

déte

ctio

n

Source : Gosselin & Codjia 2005

Page 13: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Acquisition d’image Télé

déte

ctio

n

Page 14: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Télé

déte

ctio

n

Source : CCT

Vue oblique

Vue verticale

Page 15: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Page 16: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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)

Télé

déte

ctio

n

Camera obscura (16iem siècle)

Source : Gonzales et Woods 2003

Page 17: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Source : Gosselin & Codjia 2005

Page 18: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Géométrie de l’image • Le terrain a une topographie variable, donc la photo n’a

pas une échelle constante

Télé

déte

ctio

n

Source : Gosselin & Codjia 2005

Page 19: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Géométrie de l’image Télé

déte

ctio

n

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.

Page 20: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Géométrie de l’image Télé

déte

ctio

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

Page 21: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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)

Télé

déte

ctio

n

Page 22: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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)

Télé

déte

ctio

n

Page 23: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Source : tpouchin.club.fr

Page 24: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Page 25: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Page 26: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Les pré-traitements

• Les corrections géométriques• Transformation des données en vraies

coordonnées sur la surface de la Terre– ex: latitude, longitude

Télé

déte

ctio

n

Page 27: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Page 28: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriques

• Marques fiduciaires (fiducial marks)

Télé

déte

ctio

n

Source : www.geog.mcgill.ca

Page 29: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriques

• Marques fiduciaires (fiducial marks)

Télé

déte

ctio

n

Source : image labo 3

Page 30: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Source : tpouchin.club.fr

Page 31: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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)

Télé

déte

ctio

n

Source : tpouchin.club.fr

Page 32: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Page 33: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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)

Télé

déte

ctio

n

Page 34: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

élé

déte

ctio

n

Page 35: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Modèle de déformationTélé

déte

ctio

n

Plus proche voisin Interpolation cubique

• Déformation des images

Source : geog.hkbu.edu.hk

Page 36: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Prise de points d'appui

• Quatrième étape• Reéchantillonnage

des valeurs despixels de l’image

Télé

déte

ctio

n

Source : www.ga.gov.au

Page 37: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Page 38: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Algorithmes de reéchantillonnageTélé

déte

ctio

n

Plus proche voisin

Interpolation bilinéaire

Interpolation cubique

Source:www.nr.usu.edu

Page 39: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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"

Télé

déte

ctio

n

Page 40: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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!

Télé

déte

ctio

n

Page 41: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriques

• Orthorectification

Télé

déte

ctio

n

Source : Présentation PCI Geomatica

Page 42: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriquesTélé

déte

ctio

n

Source : Présentation PCI Geomatica

Page 43: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriquesTélé

déte

ctio

n

Source : Présentation PCI Geomatica

Page 44: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriquesTélé

déte

ctio

n

Source : Présentation PCI Geomatica

Page 45: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriques

• Géométrie du captage

Télé

déte

ctio

n

Source : Présentation PCI Geomatica

Page 46: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriques

• Géométrie du captage• Effet de l’orthorectification

Télé

déte

ctio

n

Source : Présentation PCI Geomatica

Page 47: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriques

• Orthorectification

Télé

déte

ctio

n Source : Présentation PCI Geomatica

Page 48: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriques

• Orthorectification

Télé

déte

ctio

n

Adapté de www.microimages.com

Page 49: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

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

Télé

déte

ctio

n

Aerial photographySatellite orbital{

Rational functionsThin plate spline{

Polynomial (2-D){

Page 50: SYS-866 SIG et télédétection © LANDRY 2005 SYS-866 Système dinformation géographique Système dinformation géographique et télédétection

SYS-866 SIG et télédétection

© LANDRY 2005

Corrections géométriquesTélé

déte

ctio

n

                                                                                                                

                                                                                                            

Avec une paire stéréo et un MNE !!!

Source : www.geotango.com