Télédétection et télédétection

1988/04/01 Eguiluz Alarcón, Luis | Martinez-Torres, L.M. | Ramon-Lluch, R. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Compte tenu de la définition de la télédétection, une série de techniques géophysiques serait englobée à l'intérieur : mesures sismiques, électriques ou magnétiques à partir d'avions, de satellites ou de bateaux. Cependant, les techniques géophysiques et la télédétection sont faciles à distinguer si l'on considère les différents champs électromagnétiques qu'ils utilisent.

Alors que la géophysique utilise des radiations de moindre longueur d'onde (rayons X et gamma) ou de plus grande longueur (ondes radio) que les ultraviolets, la télédétection n'affecte que les longueurs entre les ondes ultraviolettes et les micro-ondes. Ainsi, la définition de la télédétection est limitée dans le champ spectral compris entre 0,25 microns et 9 mm de longueur d'onde (figure 1).

Figure : Spectre magnétique et trois grands champs de télédétection, lumière, thermographie et radargraphie.

Rayonnement électromagnétique

Le rayonnement électromagnétique est formé par deux champs (électriques et magnétiques), conséquence des activités atomiques. L'interaction entre matière et ondes électromagnétiques produit de nouvelles radiations. Elles reflètent les propriétés électriques et magnétiques de la matière interposée. La nature et la taille de ces ondes sont les matières de la télédétection.

Figure . Fenêtres à transmission atmosphérique; absorption de l'onde électromagnétique dans le cas d'une atmosphère composée des éléments H 2 , CO 2 , N 2 O, O 3 et O 2. UM = ultraviolet EI = spectre visible IG = infrarouge

Mais depuis la largeur du spectre électromagnétique, pour le moment, la télédétection ne peut utiliser que des bandes étroites appelées fenêtres atmosphériques.

Ces fenêtres sont le résultat de la capacité d'absorption des ondes électromagnétiques pouvant contenir les composants de l'atmosphère (Figure 2). Réduites dans ces fenêtres atmosphériques, la télédétection analyse l'énergie fournie par l'objet. La forme d'émission d'énergie peut être essentiellement de trois types: propre, réfléchie et provoquée.

La radioactivité, en particulier les rayons gamma, est une forme d'émission d'énergie propre, provenant d'un même objet. La réflexion de la lumière est la forme passive de l'émission énergétique des objets.

Les longueurs d'onde identifiées dans l'infrarouge sont la forme d'émission de l'énergie affectée. Cette énergie est produite par le réchauffement, qui à son tour produit des vibrations perceptibles des molécules.

Éléments de la télédétection

Les quatre composants principaux de la télédétection sont la source d'énergie, l'unité d'information, la plateforme et le capteur (figure 3).

Figure . Schéma de base des principaux éléments qui composent la télédétection avec des capteurs inertes. Le satellite peut être remplacé par l'avion comme plate-forme.

La source d'énergie, en principe, est le soleil et se reflète dans l'objet d'étude de l'énergie solaire, chauffant également l'objet.

L'unité d'information peut être ponctuelle, linéaire ou superficielle. Cette dernière est la plus utilisée.

Tous les objets qui composent la surface de base transmettent des radiations qui sont stockées dans une seule donnée.

La plate-forme maintient le détecteur et celui-ci reçoit l'énergie provenant de l'unité d'information. Les unités d'information les plus utilisées sont les avions et les satellites.

Le capteur est un appareil qui capte les radiations électromagnétiques. Ces capteurs peuvent être à la fois efficaces et inertes.

• Les premiers émettent de l'énergie et quand ils reviennent, s'ils rencontrent l'objet, ils la perçoivent. L'instrument le plus utilisé est le radar. Comme les radargraphies d'Euskal Herria ne sont pas entre nos mains, nous ne tiendrons pas compte de cette technique.
• Les secondes, les inertes, mesurent la quantité d'énergie émise par les unités d'information. Actuellement, les plus utilisés sont la machine photo, la caméra de télévision et le scaner (outil d'analyse multispectrale).

Machine à photos

Photo 1. Image de la fausse couleur d'Euskal Herria, c'est-à-dire de la superposition de bandes correspondant au rouge, vert et infrarouge proche. En plus des structures géologiques bien définies dans la dépression de l'Ebre, avec des couleurs claires, on remarquera les couleurs rougeâtres correspondant à la végétation à feuilles caduques, ainsi que les tons rouges foncés et noirs correspondant à la végétation à feuilles persistantes. Les zones blanches proches du littoral sont les nuages.

C'était le début de la télédétection et reste le capteur le plus utilisé. Les trois facteurs les plus efficaces dans le développement de la photographie sont l'objectif, la taille du grain du film et le type d'émulsion.

En plus d'être très utilisé parmi nous, la bibliographie abondante à ce sujet nous empêche d'étendre l'information.

Caméra de télévision

L'essence des caméras de télévision utilisées en télédétection est la même que celle des télévisions commerciales. Il est composé d'un tube à vide et d'un écran multicirculaire. Ce panneau fonctionne avec un zigzag rapide. Selon l'intensité d'influence du pinceau sur les cellules photosensibles, différentes émissions d'ondes lumineuses sont produites. Le processus de capture d'image est le même.

Les différents types de tubes sont constitués de cellules photoémettrices ou photo-conductrices. Ces cellules (ultraviolets, visibles et infrarouges) peuvent agir sur différentes bandes du spectre. Les images obtenues sont envoyées sur Terre et enregistrées en vidéo ou enregistrées sur la plate-forme elle-même.

Par la suite, les bandes magnétiques sont traitées et analysées. Une application de ce capteur est bien connue parmi nous: Images envoyées par le satellite METEOSAT. Ce satellite, par son orbite géostable, a une position fixe à 36.000 km de haut sur Terre et offre des images constantes sur l'évolution des masses de nuages.

Scaner ou analyseur multispectral

Photo 2: Image numérique en couleur fausse réalisée par le capteur MSS de Gasteiz LANDSAT 4, fait le 21 juillet 1983. Sur ces photos qui correspondent au même endroit, on distingue plus ou moins les éléments propres ou artificiels de la ville de Vitoria-Gasteiz et de son environnement. Selon la bande ou la fonction introduite, il y a des éléments qui sont séparés plus que d'autres ou vice versa. Par exemple : géologie, eaux, végétation, terres, travaux publics, etc. Sans utiliser le traitement numérique, on peut réaliser une étude de base de l'occupation du sol, en limitant les différentes unités qui composent le sol, le développement de ces unités et l'interaction entre elles.

Bien qu'il s'agisse de différents types de scanners, nous décrirons brièvement les mécanismes transportés par les satellites LANDSAT (réalisés par le MUELLE), car jusqu'à présent l'information fournie par ces bateaux est la plus utilisée et ont également servi à construire d'autres satellites pour l'étude de la Terre.

En résumé, le mécanisme du satellite de télédétection consiste en des miroirs rotatifs, des optiques et des détecteurs (Figure 4).

Le miroir analyseur oscille autour d'un axe parallèle à la direction de déplacement du satellite.

Selon la vitesse angulaire du miroir et la vitesse du satellite, il est possible de recueillir et d'analyser différentes bandes de champ sur les capteurs; sur les satellites Landsat cette bande de zones est de 185 km.

Un système optique complexe filtre et sélectionne l'énergie qui attaque le miroir. Cette énergie est envoyée par la liste des champs analysés. Les ondes électromagnétiques filtrées dans le système optique sont recueillies dans des capteurs. Différents capteurs sont utilisés pour chaque bande du spectre.

Ainsi, pour l'ultraviolet et le spectre visible sont utilisés détecteurs de silicium et pour l'infrarouge détecteurs de mercure cadmio-teluro. Selon le satellite, 4, 5 ou 7 capteurs sont transportés. Ils détectent des longueurs d'onde spécifiques appelées bandes. Les différentes énergies détectées par chaque capteur sur chaque bande deviennent des impulsions électriques. Ces variations mesurées en microvolts sont envoyées à la Terre pour être agrandies et enregistrées.

L'unité d'information de surface détectée par l'analyseur multispectral est appelée pixel (picture ³). La surface d'information synthétisée sur chaque pixel est variable sur chaque satellite: Sur les satellites Landsat la surface est de 79 m x 57 m.

Sans prendre en compte aucun autre facteur, le pixel nous définit la capacité de résolution des scanners, qui dans Landsat serait de 79 m, c'est-à-dire tout objet de plus de 79 m est détectable dans l'image qui se produit.

Le récent satellite SPOT français a limité sa capacité de résolution jusqu'à 30 m. Les satellites militaires avec une capacité de résolution beaucoup plus faible sont également connus.

Figure . Schéma des principaux composants du scaner transporté sur des satellites LANDSAT. Sur la bande analysée en orbite (en blanc) apparaît la détection par un pixel.

Apps

Les applications de télédétection sont nombreuses. L'application du capteur TM transportant LANDSAT 4 et LANDSAT 5 est mentionnée à titre d'exemple et ne tenant compte que du scaneur. Sans tenir compte des applications possibles de différentes bandes combinées, l'application la plus appropriée pour chaque bande est:

• 1 Bande: Cartographie des eaux côtières, différence entre terre et végétation, différenciation des feuillus et feuilles de conifères.
• 2 Bande: Mesures de réflexion sur les longueurs d'onde du vert et informations sur l'état de santé de la végétation.
• 3 Bande: Différenciation entre différents types de plantes basées sur l'absorption de chlorophylle.
• 4 Bande: Délimite les masses d'eau.
• 5 Bande: Il sépare les nuages de neige, mesure l'humidité et la végétation de la terre.
• 6 Bande: Bande située dans l'infrarouge thermique qui, en obtenant cartographie et images thermales, informe sur le stress de la végétation et apporte des données d'intérêt géologique.
• 7 Bande: Il sépare les types de roches et facilite la cartographie hydrothermale.

Photo 2: Image numérique en couleur fausse réalisée par le capteur MSS de Gasteiz LANDSAT 4, fait le 21 juillet 1983. Sur ces photos qui correspondent au même endroit, on distingue plus ou moins les éléments propres ou artificiels de la ville de Vitoria-Gasteiz et de son environnement. Selon la bande ou la fonction introduite, il y a des éléments qui sont séparés plus que d'autres ou vice versa. Par exemple : géologie, eaux, végétation, terres, travaux publics, etc. Sans utiliser le traitement numérique, on peut réaliser une étude de base de l'occupation du sol, en limitant les différentes unités qui composent le sol, le développement de ces unités et l'interaction entre elles.

Bien que l'utilisation individuelle des bandes soit très intéressante, l'utilisation de plusieurs bandes combinées permet de différencier avec précision les phénomènes et objets observés dans l'image.

L'inclusion de fonctions, matrices et autres opérations mathématiques dans l'image permet de réaliser des programmes d'amélioration et/ou de séparation des unités d'information. Logiquement, un pixel qui prend des informations d'une zone de conifères aura la même valeur qu'un pixel d'une autre zone de conifères similaires.

De cette façon, vous pouvez progressivement limiter les différents groupes de pixels avec les mêmes caractéristiques. Si nous voulons voir les changements qui ont eu lieu plus tard, nous nous limitons à analyser les variations des unités d'intérêt que nous avons limitées.

Un phénomène est observé logiquement, puisque l'énergie réfléchie par une pousse dans le même substrat n'est pas la même que celle réfléchie par un vignoble mûr, et la luminescence d'un sol est différente selon les différents degrés d'humidité.

Avantages de la télédétection

Les principaux avantages de la télédétection sont l'augmentation de la capacité visuelle de l'œil humain, l'observation systématique d'objets de différents points de vue et à différentes échelles.

L'utilisation de capteurs permet d'élargir la vision de l'œil humain en dehors du spectre lumineux ou oculaire. Cela ajoute des caractéristiques différentielles entre différents objets.

Un autre avantage offert par la télédétection est la possibilité de voir des objets de différents endroits et à différentes échelles.

Par conséquent, dans la même image, vous pouvez voir un pays ou un continent dans différentes bandes.

Enfin, le troisième avantage réside dans la possibilité d'observer continuellement l'évolution de tout processus. Si l'examen est effectué à partir de l'avion, le délai de vol consécutif dépendra du phénomène que vous souhaitez étudier. Par contre, si l'étude est effectuée depuis le satellite, par exemple depuis un Landsat, l'intervalle d'observation est inaltérable ; il est d'environ 16-18 jours.

Le plus grand inconvénient de la télédétection est la climatologie, sauf pour les satellites météorologiques. L'imagerie satellite sans nuage est difficile et la réalisation de deux orbites consécutives en atmosphère propre ne peut se produire qu'à un moment donné. Cette condition concerne surtout l'étude à long terme, par exemple l'analyse systématique d'une récolte.

Il est clair que la photographie aérienne à court terme laissera sa place dans l'image des satellites et qu'avec l'aide de micro-ordinateurs, l'analyse d'images numérisées sera possible.

(Traduit par Lourdes Lekuona et Elena López Lacalle).