Cet ouvrage s'adresse aux étudiants et ingénieurs désirant comprendre les principes fondamentaux d'acquisition des images optiques pour l'observation de la Terre et les moyens de maîtriser la qualité de ces images.
Destiné au concepteur comme à l'utilisateur aval, cet ouvrage part de l'exposé des principes physiques qui interviennent lors de l'acquisition d'une image spatiale optique, pour amener le lecteur aux traitements associés avec leurs limitations et la performance obtenue in fine.
Il traite largement les problématiques de dimensionnement des systèmes d'observation et permettra au lecteur de se familiariser avec les différents processus mis en jeu dans l'acquisition d'une image optique.
Il aborde des thèmes très vastes, depuis la physique (rayonnement, électronique, optique) jusqu'aux mathématiques appliquées (analyse fréquentielle) en passant par la géométrie et les problèmes technologiques.
Cet ouvrage capitalise les travaux menés depuis de nombreuses années par les ingénieurs du CNES, de l'IGN et de l'ONERA dans le domaine de l'imagerie spatiale optique.
I. INTRODUCTION
Philippe LIER (CNES), Christophe VALORGE (CNES)
I.1. Un peu d'histoire
I.2. Qu'est-ce que la télédétection ?
I.2.1. Définition
I.2.2. Qu'est ce qu'une "image numérique" ?
I.2.3. Qu'est-ce que la "Qualité d'une Image" oe
I.2.4. Les traitements de "dé-spatialisation"
I.3. Quelques exemples d'applications de l'observation de la Terre
I.3.1. Météorologie
I.3.2. Cartographie
I.3.3. Renseignement
I.3.4. Suivi des catastrophes naturelles
I.3.5. Applications scientifiques
I.4. Panorama de quelques missions d'observation de la Terre
I.4.1. Les satellites KEY HOLE du programme CORONA
I.4.2. La famille LANDSAT : exemple LANDSAT 7
I.4.3. La famille SPOT
I.4.4. PLEIADES
I.4.5. Les satellites commerciaux américains
I.4.6. Végétation
I.4.7. Polder
I.4.8. ScaRaB
I.4.9. Caméra Infra Rouge de CALIPSO
I.5. Périmètre de l'ouvrage
II. LA GEOMETRIE DES IMAGES
Jean Marc DELVIT (CNES), Daniel GRESLOU (CNES), Sylvia SYLVANDER (IGN), Christophe VALORGE (CNES)
II.1. Préambule
II.1.1. Plan du chapitre
II.1.2. Généralités sur la location directe
II.2. Pré-requis : les repères de l'espace et du temps
II.2.1. Position du problème
II.2.2. Repères et référentiels 53
II.2.3. De la Terre aux étoiles
II.2.4. Les repères de l'Espace
II.2.5. Les repères du temps
II.2.6. Les changements de repères
II.3. Principes géométriques de l'acquisition
II.3.1 Les différents types de capteurs
II.3.2. La datation des images
II.3.3. L'orbite des satellites
II.3.4. L'attitude des satellites
II.4. Modélisation géométrique de la prise de vue
II.4.1. Principe général
II.4.2. Rappel de géométrie conique
II.4.3. Modélisation physique de la prise de vue
II.4.4. Modélisation analytique de la géométrie de prise de vue
II.4.5. Affinage du modèle géométrique de prise de vue
II.5. Traitements géométriques
II.5.1. Corrections géométriques
II.5.2. L'appariement d'images
II.5.3. Traitements géométriques "aval"
II.6. Qualité géométrique des images
II.6.1. Introduction
II.6.2. Des besoins utilisateurs aux critères QIG
II.6.3. La qualité image géométrique en vol
II.6.4. Synthèse des besoins et performances QIG
II.7. Petit formulaire de géométrie
II.7.1. Quelques notations
II.7.2. Formules de base
II.7.3. Projection des détecteurs
II.8. Références bibliographiques
III. RADIOMETRIE
Alain BARDOUX (CNES), Xavier BRIOTTET (ONERA), Bertrand FOUGNIE (CNES), Patrice HENRY (CNES), Sophie LACHERADE (ONERA), Laurent LEBEGUE (CNES), Philippe LIER (CNES), Christophe MIESCH (ONERA), Françoise VIALLEFONT (ONERA)
III.1. Introduction
III.2. Physique de la mesure
III.2.1. Introduction
III.2.2. Définition des grandeurs radiatives
III.2.3. Propriétés optiques des surfaces
III.2.4. L'atmosphère
III.2.5. Analyse de la luminance au niveau du capteur
III.3. Principe d'acquisition : description de la chaîne image bord
III.3.1. Introduction
III.3.2. L'optique
III.3.3. La chaîne de détection
III.3.4. La chaîne électronique
III.4. Modèle mathématique de la chaîne d'acquisition
III.4.1. Calcul de l'éclairement au plan focal
III.4.2. Calcul du nombre d'électrons produits
III.4.3. Calcul du nombre de pas codeur
III.5. Modélisation radiométrique de la prise de vue
III.5.1. Introduction
III.5.2. Exemple 1 : le modèle radiométrique IIR CALIPSO
III.5.3. Exemple 2 : le modèle radiométrique SPOT
III.5.4. Exemple 3 : le modèle radiométrique PLEIADES-HR
III.5.5. Exemple 4 : le modèle radiométrique POLDER
III.6. Etalonnage et mesures de performances radiométriques
III.6.1. Introduction
III.6.2. Etalonnage relatif dans le champ ou "égalisation"
III.6.3. Etalonnage absolu
III.7. Résolution radiométrique
III.7.1. Introduction
III.7.2. Exemple : le modèle de bruit radiométrique PLEIADES
III.7.3. Estimation du bruit instrumental
III.8. Synthèses et perspectives
III.9. Références
IV. LA RESOLUTION DES IMAGES
Sébastien FOUREST (CNES), Philippe KUBIK (CNES), Christophe LATRY (CNES), Dominique LEGER (ONERA), Françoise VIALLEFONT (ONERA)
IV.1. Introduction
IV.2. Tache image et FTM
IV.2.1. Rappels sur la théorie des systèmes linéaires stationnaires
IV.2.2. Cas des imageurs
IV.2.3. Expression de la tache image et de la FTM
IV.2.4. Modèle global
IV.3. L'échantillonnage
IV.3.1. Les effets de l'échantillonnage
IV.3.2. L'impact sur la conception du système
IV.4. L'interpolations d'images
IV.4.1. Généralités
IV.4.2. L'interpolation classique
IV.4.3. Filtres interpolateurs 1D
IV.4.4. Filtres interpolateurs 2D
IV.4.5. L'interpolation dans le domaine de Fourier
IV.5. Les traitements d'amélioration de la résolution
IV.5.1. Introduction
IV.5.2. Déconvolution
IV.5.3. Débruitage
IV.5.4. Fusion Panchromatique/multispectral
IV.6. Méthodes de mesure en vol de la FTM et du défaut de mise au point
IV.6.1. Introduction
IV.6.2 Méthodes de mesure de défaut de mise au point
IV.6.3. Méthodes de mesure de FTM
IV.6.4. Conclusion
IV.7. Conclusion
IV.8. Annexe 1 : la transformation de Fourier
IV.8.1. La transformée de Fourier continue
IV.8.2. Passage du monde continu au monde discret : l'échantillonnage
IV.8.3. Un outil adapté au monde échantillonné : la Transformée de Fourier Discrète
IV.8.4. La Transformée de Fourier discrète finie
IV.8.5. Synthèse : de la transformée de Fourier continue à la transformée de Fourier discrète finie
IV.8.6. Propriétés de la TFDF
IV.8.7. Utilisation de la TFDF
IV.8.8. Conclusion
IV.9. Annexe 2 : ondelettes et paquets
IV.9.1. Limitations de la représentation fréquentielle
IV.9.2. Les ondelettes
IV.10. Annexe 3 : Interpolation et B-splines
IV.10.1. Propriété des bases de fonctions interpolantes
IV.10.2. Construction des splines
IV.11. Bibliographie
V. LE DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME 415
Philippe KUBIK (CNES)
V.1. Objectif et définitions
V.2. Principes de dimensionnement
V.2.1. La géométrie
V.2.2. La radiométrie
V.2.3. La résolution
V.3. Exemples de dimensionnement
V.3.1. Mission type SPOT 10m
V.3.2. Satellite métrique
V.4. Conclusions
VI. LA COMPRESSION DES IMAGES
Catherine LAMBERT (CNES), Christophe LATRY (CNES), Gilles MOURY (CNES)
VI.1. Introduction
VI.2. Présentation générale de la compression d'image
VI.3. Compression et qualité d'image
VI.3.1. Insuffisance des critères usuels
VI.3.2. Prise en compte de la chaîne image bord/sol globale
VI.3.3. Les critères applicatifs
VI.4. Panoramas des compresseurs dans le domaine spatial
VI.4.1. Techniques de codage prédictif
VI.4.2. Techniques de codage par transformée DCT
VI.4.3. La transformée orthogonale à recouvrement (LOT).
VI.4.4. Compression par transformée en ondelettes
VI.4.5. Perspectives
VI.4.6. Bibliographie
VII. LA SIMULATION IMAGE
Philippe LIER (CNES), Christophe VALORGE (CNES)
VII.1. Objectifs de la simulation d'image
VII.1.1. Rappel : la notion de "Qualité Image"
VII.1.2. La simulation : un outil de dimensionnement
VII.1.3. La simulation : un outil d'interface
VII.2. Principes généraux de simulation d'une image
VII.2.1. Simulation du paysage en entrée du capteur ou prétraitement
VII.2.2. Simulation du capteur
VII.2.3. Simulation des traitements sol
VII.2.4. Synthèse
VII.2.5. Exemples d'utilisation de cette chaîne au CNES
VII.2.6. Limitations de la simulation "Classique"
VII.2.7. Remarques
VII.3. La synthèse d'image et la simulation 3D
VII.3.1. Rappel : la modélisation "2,5D" du paysage
VII.3.2. La modélisation 3D du paysage
VII.3.3. Les prétraitements 3D
VII.3.4. La simulation 3D
VII.4. Perspectives pour la simulation image
VIII. CONCLUSION
Philippe LIER (CNES)
VIII.1. La course à la résolution
VIII.1.1. Autres critères
VIII.1.2. Le pas temporel
VIII.1.3. Les bandes spectrales
VIII.1.4. La stéréoscopie
VIII.1.5. La capacité opérationnelle
VIII.2. L'imagerie haute résolution au quotidien oe