Principes de la Télédétection – Centre d’Imagerie, de Détection et de Traitement à Distance, CRISP
Interprétation Des Images De Télédétection Optique
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Quatre principaux types d’informations contenues dans une image optique sont souvent utilisés pour l’interprétation de l’image:
- Informations radiométriques (luminosité, intensité, tonalité),
- Informations spectrales (couleur, teinte),
- Informations Texturales,
- Informations géométriques et contextuelles.
Ils sont illustrés dans les exemples suivants.
Images panchromatiques
Une image panchromatique se compose d’une seule bande. Il est généralement affiché sous la forme d’une image en échelle de gris, c’est-à-dire que la luminosité affichée d’un pixel particulier est proportionnelle au nombre numérique de pixels qui est lié à l’intensité du rayonnement solaire réfléchi par les cibles dans le pixel et détecté par le détecteur. Ainsi, une image panchromatique peut être interprétée de la même manière comme une photographie aérienne en noir et blanc de la zone. L’information radiométrique est le principal type d’information utilisé dans l’interprétation.
Une image panchromatique extraite d’une scène panchromatique PONCTUELLE à une résolution au sol de 10 m. La couverture au sol est d’environ 6,5 km (largeur) par 5,5 km (hauteur). La zone urbaine en bas à gauche et une clairière près du haut de l’image ont une intensité réfléchie élevée, tandis que les zones végétalisées sur la partie droite de l’image sont généralement sombres. Des routes et des blocs de bâtiments dans la zone urbaine sont visibles. On peut voir une rivière qui traverse la zone végétalisée, coupant le coin supérieur droit de l’image. La rivière semble brillante en raison des sédiments tandis que la mer au bord inférieur de l’image semble sombre.
Images multispectrales
Une image multispectrale est constituée de plusieurs bandes de données. Pour l’affichage visuel, chaque bande de l’image peut être affichée une bande à la fois en tant qu’image en échelle de gris, ou en combinaison de trois bandes à la fois en tant qu’image composite couleur. L’interprétation d’une image composite couleur multispectrale nécessitera la connaissance de la signature de réflectance spectrale des cibles de la scène. Dans ce cas, le contenu en informations spectrales de l’image est utilisé dans l’interprétation.
Les trois images suivantes montrent les trois bandes d’une image multispectrale extraite d’une scène multispectrale PONCTUELLE à une résolution au sol de 20 m. La zone couverte est la même que celle montrée dans l’image panchromatique ci-dessus. Notez que les bandes XS1 (verte) et XS2 (rouge) semblent presque identiques à l’image panchromatique montrée ci-dessus. En revanche, les zones végétalisées semblent maintenant brillantes dans la bande XS3 (proche infrarouge) en raison de la réflectance élevée des feuilles dans la région de longueur d’onde proche infrarouge. Plusieurs nuances de gris peuvent être identifiées pour les zones végétalisées, correspondant à différents types de végétation. La masse d’eau (à la fois la rivière et la mer) apparaît sombre dans la bande XS3 (proche de l’IR).
SPOT XS1 (bande verte)
SPOT XS2 (bande rouge)
SPOT XS3 (Bande proche de l’IR)
Images composites couleur
Pour afficher une image composite couleur, trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu) sont utilisées. Lorsque ces trois couleurs sont combinées dans différentes proportions, elles produisent des couleurs différentes dans le spectre visible. L’association de chaque bande spectrale (pas nécessairement une bande visible) à une couleur primaire distincte donne une image composite couleur.
Composite Couleur vraie
Si une image multispectrale se compose des trois bandes de couleurs primaires visuelles (rouge, vert, bleu), les trois bandes peuvent être combinées pour produire une image “couleur vraie”. Par example, les bandes 3 (bande rouge), 2 (bande verte) et 1 (bande bleue) d’une image LANDSAT TM ou d’une image multispectrale IKONOS peuvent être affectées respectivement aux couleurs R, G et B pour l’affichage. De cette façon, les couleurs de l’image composite de couleur résultante ressemblent étroitement à ce qui serait observé par les yeux humains.
Une image IKONOS couleur vraie de résolution de 1 m.
Composite de fausses couleurs
L’affectation des couleurs d’affichage pour n’importe quelle bande d’une image multispectrale peut être effectuée de manière totalement arbitraire. Dans ce cas, la couleur d’une cible dans l’image affichée n’a aucune ressemblance avec sa couleur réelle. Le produit obtenu est connu sous le nom d’image composite en fausse couleur. Il existe de nombreux schémas possibles de production d’images composites en fausses couleurs. Cependant, un schéma peut être plus approprié pour détecter certains objets de l’image.
Un schéma composite de fausses couleurs très courant pour afficher une image multispectrale PONCTUELLE est illustré ci-dessous:
G = XS2 (bande rouge)
B = XS1 (bande verte)
Ce schéma composite de fausses couleurs permet de détecter facilement la végétation dans l’image. Dans ce type d’images composites en fausse couleur, la végétation apparaît dans différentes nuances de rouge en fonction des types et des conditions de la végétation, car elle a une réflectance élevée dans la bande NIR (comme le montre le graphique de la signature de réflectance spectrale).
L’eau claire apparaît bleu foncé (réflectance de la bande verte plus élevée), tandis que l’eau trouble apparaît cyan (réflectance rouge plus élevée due aux sédiments) par rapport à l’eau claire. Les sols nus, les routes et les bâtiments peuvent apparaître dans différentes nuances de bleu, de jaune ou de gris, selon leur composition.
Image SPOT multispectrale composite en fausse couleur:
Rouge: XS3; Vert: XS2; Bleu: XS1
Un autre schéma composite en fausse couleur courant pour afficher une image optique avec une bande infrarouge à ondes courtes (SWIR) est illustré ci-dessous:
G = bande NIR (bande SPOT4 3, bande Landsat Bande TM 4)
B = bande rouge (bande SPOT4 2, bande Landsat TM 3)
Un exemple de cet affichage composite en fausse couleur est illustré ci-dessous pour une image SPOT 4.
Composite en fausse couleur d’une image multispectrale SPOT 4 comprenant la bande SWIR:
Rouge : Bande SWIR; Vert: bande NIR; Bleu: Bande rouge. Dans ce schéma d’affichage, la végétation
apparaît dans des tons de vert. Les sols nus et les zones dégagées apparaissent violacés ou magenta.
La zone rouge vif sur la gauche est l’emplacement des feux actifs.
Un panache de fumée provenant du site actif de l’incendie semble de faible couleur bleuâtre.
Composite en fausse couleur d’une image multispectrale SPOT 4 sans afficher la bande SWIR :
Rouge: Bande NIR; Vert: Bande rouge; Bleu: Bande verte. La végétation apparaît dans des tons de rouge.
Le panache de fumée apparaît d’un blanc bleuâtre brillant.
Composite Couleur naturelle
Pour les images optiques dépourvues d’une ou plusieurs des trois bandes de couleurs primaires visuelles (rouge, vert et bleu), les bandes spectrales (dont certaines peuvent ne pas se trouver dans la région visible) peuvent être combinées de telle sorte que l’apparence de l’image affichée ressemble à une photographie en couleur visible, c’est-à-dire végétation en vert, eau en bleu, sol en brun ou gris, etc. Beaucoup de gens se réfèrent à ce composite comme un composite “couleur vraie”. Cependant, ce terme est trompeur car, dans de nombreux cas, les couleurs ne sont simulées que pour ressembler aux “vraies” couleurs des cibles. Le terme ” couleur naturelle ” est préféré.
Le capteur multispectral SPOT HRV n’a pas de bande bleue. Les trois bandes, XS1, XS2 et XS3 correspondent respectivement aux bandes verte, rouge et NIR. Mais un composite de couleur naturelle raisonnablement bon peut être produit par la combinaison suivante des bandes spectrales:
G =(3 XS1 +XS3) / 4
B =(3 XS1-XS3)/4
où R, G et B sont les canaux de couleur d’affichage.
Image multispectrale composite de couleur naturelle:
Rouge: XS2; Vert: 0,75 XS2 + 0,25 XS3; Bleu: 0,75 XS2-0,25 XS3
Indices de végétation
Différentes bandes d’une image multispectrale peuvent être combinées pour accentuer les zones végétalisées. Une telle combinaison est le rapport de la bande proche infrarouge à la bande rouge. Ce rapport est connu sous le nom de Rapport Indice de végétation (RVI)
Étant donné que la végétation a une réflectance NIR élevée mais une faible réflectance rouge, les zones végétalisées auront des valeurs RVI plus élevées que les zones non végétalisées. Un autre indice de végétation couramment utilisé est l’Indice de végétation de Différence normalisée (NDVI) calculé par
Indice de végétation de différence normalisée (NDVI) dérivé de l’image SPOT ci-dessus
Sur la carte NDVI ci-dessus, les zones claires sont végétalisées tandis que les zones non végétalisées (bâtiments, clairières, rivière, mer) sont généralement sombres. Notez que les arbres bordant les routes sont clairement visibles sous forme de traits linéaires gris sur le fond sombre.
La bande NDVI peut également être combinée avec d’autres bandes de l’image multispectrale pour former une image composite en couleur qui aide à discriminer différents types de végétation. Un tel exemple est illustré ci-dessous. Dans cette image, l’affectation des couleurs d’affichage est la suivante :
G =(XS3-XS2) /(XS3+XS2) (bande NDVI)
B = XS1 (bande verte)
Composite couleur NDVI de l’image SPOT : Rouge: XS3; Vert: NDVI; Bleu: XS1.
Au moins trois types de végétation peuvent être discriminés dans cette image composite couleur: zones vertes, jaune vif et jaune doré. Les espaces verts sont constitués d’arbres denses avec un couvert fermé. Les zones jaune vif sont couvertes d’arbustes ou d’arbres moins denses. Les zones jaune doré sont recouvertes d’herbe. Les zones non végétalisées apparaissent en bleu foncé et magenta.
Informations texturales
La texture est une aide importante dans l’interprétation des images visuelles, en particulier pour les images à haute résolution spatiale. Un exemple est présenté ci-dessous. Il est également possible de caractériser numériquement les caractéristiques texturales, et des algorithmes de description automatique assistée par ordinateur de différentes textures dans une image sont disponibles.
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Il s’agit d’une image couleur panoramique d’une plantation de palmiers à huile à résolution IKONOS de 1 m. L’image mesure 300 m de diamètre. Même si la couleur générale est verte partout, trois types de couverture terrestre distincts peuvent être identifiés à partir de la texture de l’image. Le patch triangulaire dans le coin inférieur gauche est la plantation de palmiers à huile avec des palmiers matures. Des arbres individuels peuvent être vus. La texture prédominante est le motif régulier formé par les couronnes des arbres. Près du sommet de l’image, les arbres sont plus proches les uns des autres et les auvents des arbres fusionnent, formant un autre motif texturé distinctif. Cette zone est probablement inhibée par des arbustes ou des arbres abandonnés avec de hauts sous-bois et des arbustes entre les arbres. Dans le coin inférieur droit, la couleur est plus homogène, ce qui indique qu’il s’agit probablement d’un champ ouvert avec de l’herbe courte. |
Informations géométriques et contextuelles
L’utilisation de caractéristiques géométriques et contextuelles pour l’interprétation des images nécessite des informations a priori sur la zone d’intérêt. Les “clés d’interprétation” couramment utilisées sont: la forme, la taille, le motif, l’emplacement et l’association avec d’autres caractéristiques familières.
Les informations contextuelles et géométriques jouent un rôle important dans l’interprétation des images à très haute résolution. Les caractéristiques familières visibles dans l’image, telles que les bâtiments, les arbres en bordure de route, les routes et les véhicules, rendent l’interprétation de l’image simple.
Il s’agit d’une image IKONOS d’un port à conteneurs, attestée par la présence de navires, de grues et de rangées régulières de conteneurs rectangulaires. Le port ne fonctionne probablement pas à sa capacité maximale, car des espaces vides peuvent être vus entre les conteneurs.
Cette image montre une plantation de palmiers à huile adjacente à une forêt forestière à Riau, Sumatra. La zone d’image est de 8,6 km sur 6,4 km. Le motif de grille rectangulaire vu ici est une caractéristique principale des plantations de palmiers à huile à grande échelle dans cette région.
Cette image PONCTUELLE montre un défrichement effectué dans une forêt forestière. Les régions rouge foncé
sont les forêts restantes. On peut voir des traces s’immiscer dans les forêts, impliquant quelques
activités d’exploitation forestière dans les forêts. Les traces d’exploitation forestière sont également visibles dans les zones défrichées
(zones verdâtres foncées). Il est évident que les activités de défrichement sont menées à l’aide d’incendies.
Un panache de fumée peut être vu émanant d’un site d’incendies actifs.
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