2.4.2. Principe de l’analyse numérique

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Au vu de ce qui précède, l’utilisation des données de télédétection fait appel à trois catégories d’opérations : la détection, l’identification et l’analyse. La détection des objets dépend des propriétés physiques de ceux-ci, des caractéristiques des vecteurs et des capteurs ainsi que du transfert des ondes dans l’atmosphère. L’identification des objets fait appel d’une part à la perception visuelle (c’est-à-dire la transformation d’un stimulus visuel en une expérience organisée dans le cerveau) et l’interprétation d’image (c’est-à-dire l’obtention d’une information structurée à partir d’une image). L’analyse des objets peut aboutir à l’élaboration de cartes ou de statistiques.

2.4.2.1 Le spectre électromagnétique

L’image de télédétection est une image numérique émanant du rayonnement électromagnétique de la surface terrestre Le rayonnement électromagnétique, d’origine naturelle ou artificielle, existe pour une gamme très étendue de fréquences ou de longueurs d’onde (de 10(-9 )m à 105m), qui constitue le spectre électromagnétique (figure 3).

Une partie très limitée de ce spectre, entre 0,390 μm et 0,7 μm, constitue la lumière visible à laquelle est sensible l’oeil humain. Une décomposition en fonction des longueurs d’onde de la lumière visible (lumière blanche) aboutit à distinguer les lumières colorées : violet (0.4 – 0.446 μm), bleu (0.446 – 0.500 μm), vert (0.500 – 0.578 μm), jaune (0.578 – 0.592 μm), orange (0.592 – 0.620 μm) et rouge (0.620 – 0.7 μm). Les longueurs d’onde inférieures à 390 nm (ou les fréquences supérieures à celle du violet) ne sont pas perçues par l’oeil humain ; il s’agit du rayonnement ultra-violet. De même, les longueurs d’onde supérieures à 0.7 μm, également non-perçues par l’oeil humain, constituent le domaine de l’infrarouge (Proche infrarouge 0.7 -1, 5 μm et infrarouge thermique 8,5 -12,5 μm) et enfin le domaine des micro-ondes (microwave) : 1 mm-1m.

Le spectre électromagnétique

Figure 3 : Le spectre électromagnétique

Source : http://fr.wikipedia.org

Les sources du rayonnement varient selon le domaine du spectre :

- le rayonnement ultraviolet, visible ou infrarouge est émis par les corps, objets ou surfaces en fonction de leur température : rayonnement solaire (U.V., visible et proche infrarouge), rayonnement terrestre (infrarouge thermique).
- les rayonnements de très courte longueur d’onde (rayons gamma, rayons X) sont produits par les restructurations des noyaux des atomes (radioactivité).
- les rayonnements visibles, infrarouge ou microonde peuvent être produits artificiellement par vibration ou rotation des molécules (fluorescence, lasers, four à microondes).
- les rayonnements de grande longueur d’onde sont produits par des oscillations électroniques (antennes).

2.4.2.2. L’analyse numérique proprement dite

Grâce à des algorithmes aussi diversifiés que performants, toutes les manipulations et transformations des images sont aujourd’hui possibles en analyse numérique suite à l’évolution de l’informatique.

L’image satellitaire est ainsi constituée de n images ou canaux captés dans diverses bandes spectrales (ultraviolet, visible, infrarouge), chacun étant une matrice de pixels. Le pixel est un point muni d’une valeur radiométrique(16) qui est une mesure discrète d’énergie captée dans une bande spectrale

La mesure d’énergie est codée en général sur 8 bits, ce qui autorise 28 = 256 niveaux de gris possibles pour sa représentation visuelle.

Le codage correspond donc à la quantification de l’intensité de chaque pixel en une valeur numérique comprise entre 0 et 255 (niveau gris). La mémoire d’images se présente donc sous la forme d’une ou plusieurs matrices (mémoire d’écran) de n = 256 lignes par p = 256 colonnes de points.

Le plus souvent, le système utilisé est celui dans lequel un tableau de 8 bits est séparé en 8 mémoires de 1 bit chacun ou 4 de 2 bits, etc… Dans le cas d’une image en couleur, chaque mémoire d’images constitue un minimum de 3 couleurs fondamentales: rouge, vert et bleu.

L’image satellitaire est une image numérique, c’est-à-dire un assemblage de pixels, ou surfaces élémentaires, référencés en ligne et colonnes formant un maillage régulier de la surface totale balayée par le capteur. Chaque pixel contient une somme d’informations codées par les valeurs des comptes radiométriques et les coordonnées en pixels.

A chaque surface élémentaire de l’image correspond autant de mesures numérisées qu’il existe de canaux. Il existe 256 (0 à 255) valeurs radiométriques possibles définissant une mesure de l’intensité de la lumière solaire réfléchie par la surface terrestre ayant atteint le capteur en orbite. Cette intensité, appelée luminance, est donnée dans chaque canal. De même il existe 256 niveaux de gris différents dans la table de codage associée à l’image : chaque valeur radiométrique est représentée par un niveau de gris.

16 La résolution radiométrique concerne le détail avec lequel le signal est enregistré et discrétisé. Elle dépend du nombre de bits utilisé pour encoder la valeur d’un pixel.

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