Étapes de la télédétection

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Projet NORTHSENSE - Module d'introduction

  1. Introduction
  2. Les étapes de la télédétection
    1. Le rayonnement électromagnétique

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Les étapes énumérées dans cette section s’insèrent dans le cadre de la Portée de la télédétection et avant-propos, et, elles constituent la table des matières de ce module d’introduction à la télédétection. Au demeurant, les concepts clés seront développés pas à pas, et ils ne s’arborent pas tous au sein de ce portrait qui se veut plutôt être une brève mise en contexte illustrée des étapes de la télédétection. Le lecteur est donc invité à en prendre connaissance avant de poursuivre son apprentissage avec les fiches détaillées. Il s’avèrera par ailleurs formateur, au fil du module, de remettre en contexte les préceptes et les moments clés liés au développement de la télédétection en explorant son histoire. [NOTE 1]

Étapes illustrées

[figure 2 en préparation]

FIGURE 2. Étapes de la télédétection moderne dans le contexte de l’observation de la Terre. Voir les explications de la source au capteur [étapes 1 – 2], du capteur à l’image [étapes 3 – 4] et de l’image à l’application [étapes 5 – 6] en faisant défiler le texte ci-bas.

De la source au capteur

L’exemple de la figure 2 illustre le rayonnement électromagnétique émis par le soleil [étape 1], qui après avoir interagi avec l’environnement [étape 2], parvient à un capteur passif [étape 2a] pour l’observation de la surface terrestre. Un capteur actif utiliserait sa propre émission de rayonnement dans une région bien délimitée du spectre électromagnétique afin d’observer la cible [étape 2b]. Ces domaines de la télédétection se fondent sur la réflexion d’ondes incidentes à la surface terrestre, mais l’observation à distance de la Terre peut également être issue de sa propre émission d’ondes [étape 2a].

Du capteur à l’image

La fraction de rayonnement électromagnétique (RÉM) entrant dans ce capteur monté sur une plate-forme [étape 3], ici satellitaire, est représentée de manière simplifiée dans un encart exposant le début du processus d’acquisition d’une image [étape 4] à partir de la scène balayée au sol. Il dépeint le processus interne d’un capteur numérique affichant l’enregistrement, dans les canaux ou bandes appropriées, des valeurs d’intensité de rayonnement dirigé par unité de surface apparente, la luminance énergétique (Le), pour trois régions du spectre filtrées dans le visible : le rouge (R), le vert (V) et le bleu (B), et dénote donc l’organisation d’un capteur multibande. Le quadrillage au sol de l’exemple illustre le balayage latéral des prises de vue enregistrées en série par un capteur de première génération dans l’acquisition de tous les éléments d’image ou pixels qui contribuent à la scène. Le processus d’acquisition peut être achevé une fois que les données enregistrées pour les éléments de chaque bande spectrale sont retransmises à une station de réception sur Terre. Le même phénomène s’opère pour les bandes mesurées dans les régions non visibles du spectre. Les différentes couches d’information spectrale représentant la scène entière sont réassemblées et mises à disposition pour les applications de la télédétection. La taille de la scène et les niveaux de qualité relatifs à son acquisition varient d’un capteur à l’autre. C’est donc toute une gamme de produits qui sont disponibles pour observer la Terre à distance.

De l’image à l’application

Les valeurs de Le mesurées pour chaque bande spectrale d’une image numérique de la scène, des comptes numériques, sont réassemblées en tons de gris selon une gamme de valeurs définie par la capacité de stockage en bits du capteur. Le traitement de l’image peut être entamé à partir d’une ou plusieurs scène(s) numérique(s) en tenant compte des étapes 1 à 4 et des objectifs cadrant avec l’application thématique de l’intéressé. Ce traitement – qui inclut pré-traitement [étape 5] et interprétation [étape 6] – enchâsse des étapes et des méthodes au choix contribuant à l’extraction de l’information désirée dans la réponse aux objectifs. Les scènes contiennent une double information élémentaire ou par pixel. À chacun des pixels correspond une valeur spectrale associée à une position spatiale sur le quadrillage de la scène ou matrice. Considérant que des changements dans l’une ou l’autre de ces dimensions – spectrale et spatiale – peuvent survenir à travers le temps, une dimension temporelle peut également être incorporée à l’interprétation de la scène.

Le traitement numérique des données matricielles débute à l’échelle des pixels sous la loupe de l’ordinateur. Ce n’est que peu à peu que la distribution des tons de gris révèle un niveau d’information de plus en plus complexe et perceptible à l’interprète (texture, structure, formes, ombres, etc.), jusqu’à atteindre l’échelle de reconnaissance des formes ou objets et des composantes environnementales. L’information escomptée au terme de l’interprétation sera produite en fonction de cette reconnaissance. Dans sa finalité, le pré-traitement [étape 5] vise à préparer l’image numérique pour cette reconnaissance, tout d’abord en rectifiant les erreurs connues dans les dimensions spectrale et spatiale de l’image au moyen de corrections radiométriques et géométriques [étape 5a], respectivement, et ensuite, en améliorant sa qualité en vue d’une interprétation visuelle et/ou assistée par ordinateur [étape 5b]. Au besoin, le pré-traitement donne l’occasion de restituer la couleur de la scène en combinant les bandes spectrales des couleurs fondamentales de la région du visible (R+V+B), ou, d’effectuer divers types d’opérations desquelles une information dérivée de l’originale sera générée en fonction de l’interprétation à venir. Des informations auxiliaires peuvent aussi être ajoutées à l’analyse pendant le pré-traitement ou l’interprétation. En reconnaissant les formes d’intérêt de manière automatique (assistée par ordinateur) ou manuelle (visuelle), l’interprétation [étape 6] vise d’abord à identifier les objets et à obtenir d’eux l’information escomptée au moyen de différentes approches de segmentation, zonage ou partition du territoire, qui le plus souvent sont nommées en référence aux techniques impliquées, c.-à-d. au regroupement par classe ou classification. À l’aide des connaissances de l’interprète, cette analyse d’identité des composantes de la scène [étape 6a] se fonde sur les valeurs spectrales et leur regroupement thématique (p. ex. eau, végétation). À ce stade-ci, l’extraction d’information n’est donc que spectrale. Toutefois, les connaissances de l’interprète doivent s’aligner sur la région spatiale à l’étude, car les valeurs utilisées dans l’analyse résultent de l’interaction spécifique des objets thématiques composant la scène avec la (ou les) région(s) spectrale(s) impliquée(s). L’interprétation des données matricielles se poursuit avec la validation des résultats, visuelle ou assistée par ordinateur, et au besoin, avec l’ajustement de la méthode de classification, avant de choisir un support de présentation de l’interprétation finale.

L’interprétation peut aller plus loin en intégrant une analyse spatiale de la scène, par exemple en délimitant, en mesurant ou en énumérant ses composantes thématiques [étape 6b]. À cette fin, les données matricielles doivent généralement être transférées dans un système d’information géographique (SIG), puis converties en données vectorielles. L’utilisation de ces données dans un SIG permet entre autres l’extraction d’information à référence spatiale tout en intégrant des statistiques descriptives des composantes (moyennes, pourcentages, etc.) ou des données auxiliaires (données de terrain, cartes, etc.). Une fois l’interprétation des données vectorielles terminée, le support de présentation de l’interprétation finale peut être remis aux intervenants liés à l’application ciblée (images dérivées, cartes et banques de données pouvant être géoréférencées, combinaisons d’images et de cartes, et rapport).

 

NOTE 1

Les connaissances qui sont bien derrières les premiers pas de la télédétection (la nature de la lumière et du rayonnement électromagnétique, leurs interactions avec la matière, et la naissance de la photographie) remontent à de grandes avancées scientifiques des 17e, 18e et 19e siècles. Après les premières tentatives de photographie aérienne au cours du 19e siècle, la télédétection a connu toute une révolution jusqu’aux applications modernes de notre ère. Au début du 20e siècle, les premières applications [militaires] ont vu le jour dans le contexte de la première guerre mondiale. L’utilisation de la photographie aérienne, qui s’est ensuite étendue à des applications gouvernementales et civiles, a connu ses premiers perfectionnements ainsi qu’une période de transition où la télédétection a pris tout son sens avec les premières applications modernes, qui désormais, allaient permettre l’étude de la surface terrestre à l’aide de plusieurs régions du spectre électromagnétique. À l’instar des premières applications en agriculture (réf. Colwell), d’autres applications ont ensuite été développées, notamment en météorologie et en climatologie, puis de premiers programmes de recherche ont été créés et ont mené au lancement des premiers satellites. Les grandes avancées technologiques de la seconde moitié du 20e siècle à aujourd’hui ont ensuite contribué à la complexification des capteurs d’acquisition d’images, du stockage des données [notamment avec l’enregistrement en format numérique], et de l’analyse des images à l’échelle globale de la planète. Le progrès s’est poursuivi en donnant accès à des images numériques de qualité toujours supérieure pour une meilleure compréhension de la Terre. Des informations et références supplémentaires seront ajoutées au fil du module, mais leur détail est consultable à la discrétion du lecteur (Bonn et Rochon, 1992 ; Butler et al., 1992 ; Campbell*, 2007 ; Desjardins, 2000 ; Jensen, 2000 ; Johnston, 2006 ; de Joinville, 2011 ; Meaden et Kapetsky, 1991 ; Provencher et Dubois, 2007).

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REFERENCES

Bonn, F., Rochon, G., 1992. Précis de télédétection – Vol. I Principes et méthodes. Presses de l’Université du Québec/AUPELF, Sainte-Foy, 486 p.

Butler, M.J.A., Mouchot, M.-C., Barale, V., LeBlanc, C., 1992. Application de la télédétection à la pêche marine – Manuel d'initiation [En ligne]. FAO Document technique sur les pêches no. 295, Rome, 203 p. [www.fao.org/docrep/003/T0355F/T0355F00.HTM]

Campbell*, J.B., 2007. Introduction to Remote Sensing (4e Ed.). The Guilford Press, New York, 626 p. *Disponible en ligne : Campbell, J.B., Wynne, R.H., 2011. Introduction to Remote Sensing (5e Ed.) The Guilford Press, New York, 667 p. [books.google.ca/books?id=zgQDZEya6foC& lpg=PP1&hl=fr&pg=PP1#v=onepage&q&f=false]

Desjardins, R., 2000. La télédétection – perspective analytique. Éditions ESTEM/AUPELF-UREF, Paris, 226 p. [www.bibliotheque.auf.org/index.php?lvl=notice_display&id=312]

Jensen, J.R., 2000. Remote Sensing of the Environment – An Earth Resource Perspective. Prentice Hall, Upper Saddle River, 544 p.

Johnston, A.K., 2006. La Terre vue de l’espace [version française de Earth From Space, 2004, Smithsonian Institution, trad. par Guillaume Labbé]. Broquet, Saint-Constant, 272 p.

de Joinville, O., 2011. Introduction à la télédétection [En ligne]. Dernière mise à jour en 2015 (Gagnon, D.). École nationale des sciences géographiques, Marne-La-Vallée, 185 p. [cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=29] (PDF téléchargés le 20 mars 2017).

Meaden, G.J., Kapetsky, J.M., 1991. Geographical information systems and remote sensing in inland fisheries and aquaculture [En ligne]. FAO Fisheries Technical Paper no. 318, Rome, 262 p. [www.fao.org/docrep/003/t0446e/T0446E00.htm]

Provencher, L., Dubois, J.-M.M., 2007. Précis de télédétection – Vol. IV Méthodes de photointerprétation et d’interprétation d’image. Presses de l’Université du Québec/AUF, Québec, 468 p. [books.google.ca/books?id=C0MoyKarrbkC&lpg=PP1&hl=fr&pg=PP1#v=onepage&q&f= false]

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