Télédétection

Ex. d'application de la télédétection en agriculture

-Classification des différents types de culture -Évaluation de la santé des cultures

Quelles sont les trois méthodes de rehaussement d'une image?

-En modifiant directement les valeurs de niveau de gris de chaque pixel sur l'image -À partir de l'histogramme -Avec des filtres

Ex. d'application de la télédétection en foresterie

-Faire l'inventaire des espèces d'arbres à l'aide d'images Landsat -Évaluer la croissance d'un peuplement à l'aide de relevé LiDAR

Identifier les différentes phases de développement de la télédétection.

1783 - Premier vol: J-F Pilatre de Rozier teste le ballon à air chaud des frères Montgolfier. 1794 - L'armée francaise s'inspire de l'invention des frères Montgolfier: Le ballon captif "L'Entreprenant" s'élève. 1858 - première photo aérienne: réalisé en montgolfière par Felix Nadar WW1 (1914 à 1918) - Début des missions de reconnaissance en avion à l'aide de photographie aérienne 1935 - Commercialisation de la pellicule couleur Kodachrome 1942 - Kodak met au point un film permettant de photographier les radiations invisibles de l'infrarouge. 1946 - Première photographie spatiale par un missile nazi. 1957 - Lancement du premier satellite: Spoutnik-1, Russie 1972 - Lancement du premier satellite d'observation de la Terre: ERTS-1 (plus tard rebaptisé Landsat-1) 1995 - Lancement du premier satellite canadien d'observation de la Terre: Radarsat

Différence entre un capteur passif et actif.

Actif: Il émet une énergie vers la cible qui sera observée et mesure la part d'énergie qui sera renvoyée vers le capteur. -Radar -LIDAR Passif: Il mesure l'énergie naturellement émise ou rediffusée par la Terre (ou l'atmosphère). -Radiomètres -Balayeur optique -Photomètre

Identifier les principaux domaines de la télédétection

Agriculture - Foresterie - Géologie - Hydrogéologie - Surveillance des glaces - Utilisation du sol - Océanographie - Cartographie

Définir la fauchée (couloir-ouvert)

C'est la surface observée par le satellite autour de son orbite. Largeur allant de 10 à 100km

Relation Planck-Einstein

E = h*v E: Énergie des photons h: cte de Planck v: fréquence de la lumière (f)

Lorsque l'onde EM arrive dans l'atmosphère et qu'elle entre en contact avec de la matière, elle peut notamment être transmise. Expliquer.

Lorsqu'une onde EM touche un milieu semi-transparent, son parcours et sa longueur sont modifiés, mais elle ne "s'éteint" pas. La vitesse de l'onde n'est plus la même dans le milieu qu'elle traverse (ex. dans la vitre)

Nommer les principaux phénomènes d'interactions entre la surface terrestre et le rayonnement EM

-L'absorption. -La réflexion. -La transmission: Lorsque l'énergie passe à travers la cible. L'énergie incidente totale interagit avec la surface selon l'un de ces trois phénomènes, un effet combiné est aussi possible. Cela dépend de la longueur d'onde, de l'intensité de l'énergie du rayonnement incident et de la nature et les conditions de la surface. En télédétection, c'est les rayons réfléchis qu'on observe.

Ex. d'application de la télédétection en hydrogéologie

-L'évaluation d'humidité du sol -La mesure de l'épaisseur de neige

Quelles sont les différentes composantes d'un satellite?

-Le module de service Stabilisation du satellite et contrôle de l'orbite -Le boitier équipement Gestion des données à transmettre -L'alimentation électrique Énorme panneaux solaires -Les capteurs

Lorsque l'onde EM arrive dans l'atmosphère et qu'elle entre en contact avec de la matière, elle peut notamment être réfléchie. Expliquer.

Deux types de réflexion: spéculaire et diffuse Spéculaire: réflexion miroir, direction connue, la longueur d'onde n'est pas modifiée Diffuse: réflexion dans toutes les directions, l'onde se multiplie, changement de directions

Définir la résolution spectrale

Dépend du nombre et de la largeur des bandes utilisées. Plus les bandes observent des intervalles de longueurs d'ondes petites, plus le capteur est précis.

Expliquer la signature spectrale de la neige.

Elle a une très forte réflectance dans le visible (albédo élevé, reflète tout) et diminue rapidement dans l'IR.

Expliquer la signature spectrale de l'eau.

Lorsque l'eau est très pur,elle est bleue. => Diffusion de Rayleigh Lorsque l'eau contient beaucoup de particules (phytoplanctons, algues, farine de roche, etc), elle est verte, voire turquoise (Lake Louise). => Diffusion de Mie. De plus, elle est plus clair, car il y a plus de réflexion. La lumière dans l'IR est absorbé.

Définir l'exitance

Puissance totale émise par une source étendue, pas juste en un point.

Comment la méthode des points de contrôle fonctionne?

Étape 1) Deux façons pour trouver les points de contrôle: -Image à image Superposition de l'image contenant les distorsions avec une image maître -Image à carte Même principe, mais l'image maître est une carte de référence Étape 2) Transformations polynomiales pour faire le liens entre les points de contrôles correspondants Étape 3) Rééchantillonage: on superpose une grille rectangulaire (les pixels) sur les résultats des transformations (quadrilatères courbées). On utilise des techniques d'interpolation pour associer une intensité à chaque pixel selon les valeurs qui l'entourent. -Plus proche voisin (les valeurs originales ne sont pas modifiées) -Interpolation bilinéaire (interroge ses 4 voisins) -Convolution cubique (moyenne pondérée de 16 voisins)

À quoi correspondent les corrections géométriques?

Corriger les distorsions géométriques du positionnement et de la forme des pixels.

Définir la luminance (radiance)

Elle représente la puissance de la lumière émise (ou réfléchie) en un point d'une surface dans une direction donnée (en unité d'angle solide).

Définir un corps noir

Il est un concept théorique permettant d'illustrer le concept d'émission. Il correspond à un émetteur idéal. -Il absorbe tout ce qu'il reçoit. -Il émet la même quantité d'onde EM vers toutes les directions. -Les ondes qu'il émet ne dépendent que de sa température. À l'aide de la Loi de Wien: Il faut comprendre que plus la température est élevé, plus la longueur d'onde maximale est petite. Pour le Soleil (T=6000K), c'est dans les longueurs d'ondes du visible qu'il émet le plus d'énergie.

Citer les principaux capteurs et plateformes utilisés en télédétection

-Les capteurs manuels pour l'expérimentation à partir du sol -Les capteurs montés sur véhicules motorisés -Les plateformes aéroportées -Les drones

Identifier les principales plateforme d'acquisition d'images satellitaires utilisées de nos jours

-Les satellites météorologiques: analyse de la biomasse végétale et la température de surface (surtout pour les océans) Satellites d'observation de la Terre: -Les satellites Landsat: fourni des données pour l'inventaire et la surveillance des ressources terrestres -Les satellites SPOT: français -Les satellites Radarsat: canadien -Le satellite IKONOS: vocation commerciale, américain -Quickbird: américain, haute résolution (0,61m) -GeoEye: alimente les produits Google Maps/Earth, haute résolution

Pourquoi le ciel est bleu?

Voir note de cours

Situer les principales familles d'ondes sur le spectre EM

-Rayons Gamma -Rayons X -Rayons UV -Lumière visible: 0.4um à 0.7um Bleu: 450nm à 500nm Vert: 500nm à 580nm Rouge: 620nm à 700nm -Rayons infrarouge Proche IR: 0.7um à 1.6um IR moyen: 1.6um à 4um IR Thermique: 4um à 15um IR lointain: 15um à 100um -Micro-ondes -Ondes radio (ondes courtes)

Étapes pour effectuer les corrections atmosphérique?

1) Conversion des niveaux de gris en luminance apparente L_k = a_k*NG_k + b_k a: coefficient d'étalonnage ; b: constante d'étalonnage 2) Conversion de la luminance apparente en réflectance apparente 3) Correction des effets atmosphériques -Méthodes basées sur les images: analyse des zones ombragées -Méthode DOS (Dark Object Substraction): analyse des zones où toute l'énergie est supposé être absorbée (eau, pixel noir) -Modélisation atmosphérique: dépend de paramètres décrivant le niveau d'éclairement au sol -Approche empirique: vérifier directement sur l'image si la réflectance calculée correspond à la réflectance habituelle de la région

Quelles sont les procédés de correction géométriques?

1-Redressement d'images à partir de points de contrôle 2-La transformation des images à l'aide de modèles mathématiques

Expliquer le concept de signature spectrale et son utilité en télédétection.

C'est la courbe de réflectance d'une surface en fonction de différents intervalles étroits de longueur d'onde. Elle s'avère très pertinente pour caractérisée une surface et faire des comparaison. La partie du spectre couvert par une surface est appelé domaine spectral. Rappel: Puisque la luminance varie en fonction de l'éclairement incident, la réflectance qui est plus indépendante des conditions variables d'éclairement est davantage représentative de la capacité d'une surface à émettre ou réfléchir l'énergie.

Quelle est la cause de distorsion des pixels?

Causé par l'environnement (la Terre) -Rotation terrestre -Courbure terrestre -La topographie (pour le radar) Causé par les systèmes de mesures -Prise de vue du capteur (IFOV) ou distorsion panoramique -Caractéristiques internes des capteurs Causé par le mouvement de plate-forme -Stabilité de la plateforme (surtout pour les plateformes aéroportés, l'atmosphère comprend plus de turbulence)

Expliquer le principe de rehaussement de l'image à l'aide des filtres.

Cette méthode tient compte du contexte local de chaque pixel. Elle est moins globale. Un filtre est une matrice caractérisée par sa taille, la disposition des coefficient et les valeurs des coefficients

Expliquer la signature spectrale des milieux urbains.

Comportement hétérogène

À quoi correspondent les corrections du au contexte de la prise de vue?

Correction des effets d'ombrage sur une scène qui viennent biaisés les résultats. -Dû au relief -Dû à la nature de la surface -Dû au degré de diffusion de l'atmosphère

Expliquer la signature spectrale de la végétation.

Deux bandes d'absorption de la chlorophylle dans le visible (bleu et rouge) => ce qui accentue la couleur verte Trois bandes d'aborption de l'eau dans l'IR (1,45um - 1,95um - 2,5um) Changement de pente à la fin du visible dû à la photosynthèse (red edge) En fin de vie (sénescence), un arbre ou ses feuilles contiennent moins de chlorophylle, donc il est possible qu'on n'observe plus les deux bandes d'absorption, la couleur va d'ailleurs changée. C'est les feuilles des arbres feuillus qui vivent surtout ce phénomènes, les aiguilles des conifères ne sont pas touchées.

Définir la loi de Planck

Elle déduit la relation entre l'énergie des photons et la fréquence d'une onde EM. E = h*v

Définir l'éclairement

Elle représente l'énergie reçue depuis toutes les directions par le corps recevant l'onde EM

Lorsque l'onde EM arrive dans l'atmosphère et qu'elle entre en contact avec de la matière, elle peut notamment être absorbé. Expliquer.

Lorsqu'un corps absorbe une onde, elle est transformée en énergie thermique pour régler l'énergie interne du corps. Ce qui revient à dire qu'il émet une onde, mais différente de celle qu'il a absorbé. L'absorption survient lorsque les molécules de l'atmosphère (ozone, dioxyde de carbone et vapeur d'eau) absorbent l'énergie de diverses longueurs d'ondes et la transforme en énergie moléculaire. Le rayonnement absorbé est réémis en chaleur. Ce processus provoque donc des différences de température et d'humidité qui se traduisent par des mouvements de masses d'air. Ce processus met fin au parcours du rayon. Les rayons incidents qui n'ont pas été réfléchis vers l'espace sont absorbés par l'atmosphère (20,7%) et/ou la surface terrestre (51%), pour un total d'environs 70% de rayonnement absorbé. La Terre transforme le rayonnement absorbé en émettant sous forme de rayons IR.

Qu'est-ce qu'une ortho-image?

Lorsque les coordonnées en Z (altitude) sont impliquées dans la correction géométrique, l'image résultante est alors qualifiée d'ortho-image. Elle tient donc compte du relief dans la distorsion de l'image.

Équation de la longueur d'onde

lamda = c/f

Définir la résolution spatiale (géométrique)

Lié à la dimension de l'aire couverte par un pixel

Quelles sont les types de filtres?

-Filtre passe-bas Réduit les petits détails qui peuvent manquer de pertinence =>Filtre moyen (linéaire) Calcule une moyenne des pixels voisins =>Filtre médian (non-linéaire) Détermine la valeur médiane des pixels voisins -Filtre passe-haut Rehausse les détails => Filtre détectant les contours (méthodes dérivatives) Il identifie les transitions brusques et les intensifient à l'aide de dérivation => Filtre directionnel Il normalise les courbes dans une certaine direction (horizontale, verticale, diagonale)

Expliquer le concept de diffusion

Il y a trois types de diffusions: Rayleigh: Pour les molécules dont la dimension est petite par rapport à la longueur d'onde. -Surtout liée à l'action des molécules d'oxygène et d'azote -Intervient en haute atmosphère -Plus la longueur d'onde est petite, plus la diffusion est grande Mie: Pour les molécules ayant une dimension semblable à la longueur d'onde (-0.01*lamda < d < 0.01*lamda) -Surtout liée à l'action de la poussière, du pollen, de la poussière et de l'eau -Intervient surtout en basse atmosphère (0-5km) => Grosse particule plus abondante -Ne dépend pas vraiment de la longueur d'onde => lumière blanchâtre ou jaune, toutes les couleurs sont diffusées Non-sélective: Pour les molécules dont la dimension est grande par rapport à la longueur d'onde. Elle peut engendrer un phénomène de réflexion ou de réfraction -Surtout liée à l'action des gouttes d'eau et de la poussière. -Intervient en basse atmosphère -Dépend seulement de la dimension de la particule, aucunement de la longueur d'onde (non-sélective) => toutes les longueurs d'ondes sont diffusées, lumière blanche (bleu + vert + rouge)

Comment les aérosols contribuent à la pollution?

Ils transportent de la matière dans l'atmosphère et subissent une diffusion de Mie => fumée et smog

Définir la loi de Wien

La loi de Wien se déduit de la loi de Planck. Elle permet de déterminer la longueur d'onde pour laquelle la luminance énergétique spectrale est maximale. Il faut comprendre que la longueur d'onde qu'émet le plus un corps noir est inversement proportionnelle à sa température.

Nommer les principaux constituants de l'atmosphère

L'atmosphère est composé de deux principales masses atmosphériques. Masse atmosphérique stable - les gaz: La taille de ces molécules de gaz est de l'ordre de 0.003 à 0.004 micromètres. Il s'agit de particules fines qui sont susceptibles d'intercepter les rayons ultra-violets. Les gaz atmosphériques sont inodore, incolore et insipide (sans saveur). -78% d'azote -21% d'oxygène -0,93% d'argon -0,035% de gaz carbonique (dioxyde de carbone CO2) Masse atmosphérique variable - éléments mobiles dont la présence et la qté varient dans le temps et l'espace : La taille moléculaire de ces éléments varie entre 0.03µm (fumée) à 2000 µm (goutte d'eau). -Les particules d'eau (vapeur d'eau, gouttes de pluis, cristaux de glace,etc.) -Les autres particules en suspension (aérosols, fumée, pollen, etc.)

Expliquer le principe de rehaussement de l'image à partir d'un histogramme.

L'histogramme a en x les niveaux de gris et en y la fréquence de ces niveaux. Le principe est de jouer avec l'intervalle de niveaux de gris (l'axe des x de l'histogramme) afin que l'image soit détaillé avec le plus de niveaux de gris possible, soit beaucoup de contraste. La valeur de début et de fin qu'on fixe est nommé la LUT (Look Up Table). -Rehaussement par étalement linéaire -Rehaussement par étalement exponentiel

Expliquer la signature spectrale des sols.

La réflectance des sols est croissante de 0,4um à 1,45um. Lorsque le sol est humide, il a une moins grande reflectance, aussi on peut observer les zones d'absorption de l'eau.

Expliquer le lien entre un arc-en-ciel et la diffusion.

Le phénomène est dû à la réfraction présente dans une diffusion non-sélective.

Expliquer le réchauffement climatique brièvement.

Les gaz à effet de serre émis par les humains dans l'atmosphère vont à l'encontre du processus naturel du réchauffement de la planète. En effet, la Terre absorbe le rayonnement du soleil pour ensuite l'émettre sous forme de chaleur (dans l'infrarouge). C'est le rayonnement terrestre. Cependant, les gaz à effet de serre qui sont dans l'atmosphère absorbent à leurs tours cette énergie thermique et réémettre de la chaleur, ce qui cause le réchauffement climatique.

Expliquer le concept de fenêtres atmosphériques

On constate que l'absorption est limitée dans certaines régions du spectre EM. C'est ce qu'on appelle les fenêtres atmosphériques. Donc, elles font références aux régions du spectre où l'atmosphère est transparente au rayonnement (peu d'absorption). Après 1um, il y a plusieurs fenêtres, notamment l'ensemble de la lumière visible. L'IR est quant à lui plus touché et de ce fait, découpé en plusieurs fenêtres.

Definir les différents orbites

Polaire: passe au dessus des pôles (NORD-SUD) Équatoriale: EST-OUEST Géostationnaire: Il se déplace avec la Terre, donc il observe toujours le même emplacement. Héliosynchrone (souvent polaire): L'altitude et l'inclinaison sont choisies de façon à ce que l'angle entre le plan de l'orbite et la direction du soleil demeure à peu près constant. Le satellite repasse au dessus d'un point de la surface de la Terre à la même heure solaire locale. Cette orbite est utile pour les satellites qui effectuent des observations en lumière visible, car l'éclairement solaire au lieu observé sera peu variable d'une image à l'autre.

Définir le terme albédo

Rapport entre l'énergie solaire réfléchie par une surface sur l'énergie incidente. Valeur entre 0 et 1. Un miroir pourrait avoir un albédo de 1. Albedo signifie blancheur en latin => La neige réfléchie beaucoup

Définir la réflectance

Rapport entre la luminance mesurée au capteur et l'éclairement incident. Puisque la luminance varie en fonction de l'éclairement incident, la réflectance qui est plus indépendante des conditions variables d'éclairement est davantage représentative de la capacité d'une surface à émettre ou réfléchir l'énergie.

À quoi correspondent les corrections radiométriques?

Restaurer les niveaux de gris des pixels. Problèmes rencontrés: -dérive du zéro et le gain Solution: approche statistique -Données manquantes Solution: interpolation

Identifier des plateforme et capteurs selon des besoins spécifiques.

Végétation: -Landsat 1 à 7 (capteur ETM+) -WorldView-2 -capteur végétation-2 Occupation du sol: -Landsat 1 à 7 (capteur ETM+) -SPOT5 (capteur HRG) -Haute résolution Agriculture: -Haute résolution Cartographie (haute résolution): Haute résolution Météorologie et océanographie: -NOAA (capteur AVHRR) Surveillance en mer, physiographie, géologie et glaces: -Radarsat-2 (ROS)

Définir la résolution radiométrique (ou numérique)

nombre de bits => souvent 8

Définir la résolution temporelle

temps nécessaire pour effectuer un cycle orbital

Quel est l'impact des interactions de l'atmosphère sur la luminance mesurée au capteur?

À cause des interactions de l'atmosphère, le capteur mesure plusieurs rayonnements, soit une partie de celui réfléchie au sol (luminance au sol) et l'ensemble du rayonnement réfléchi dans l'atmosphère (luminance atmosphérique). La luminance atmosphérique comporte l'émission propre de l'atmosphère et la rediffusion du rayonnement.

Expliquer ce qu'est un composé coloré, quelle est son utilité en télédétection et comment l'exploiter efficacement?

À la base, les images captées sont codées en niveau de gris, très souvent en 8 bits, ce qui correspond à 256 teintes différentes de gris. Si on désire avoir une image en couleurs vraies (ou fausses), il faut combiner plusieurs bandes spectrales en utilisant le principe du composé coloré. Selon un standard universel, on associe les bandes spectrales à trois canaux, soit le rouge, le vert et le bleu. Ces derniers peuvent produire toutes les couleurs de la lumière visible.

Pourquoi les nuages sont blancs?

Étant donné leurs grosseurs, les gouttes d'eau présentes dans l'atmosphère (dans les nuages) sont souvent touchées par la diffusion non-sélective. Les gouttes d'eau diffuse le rouge, le vert et le bleu de façon presque égale, ce qui produit la couleur blanche.