Discrimination spectrale

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Discrimination spectrale

  1. 1. Mastère SILAT 2011-2012 Les Bases de la Photo-Interprétation Photo-InterprétationImage Landsat TM du 3 juillet 1994 sur la forêt de Hagueneau Sylvie Durrieu Télédétection : principes de base Novembre 2011
  2. 2. Bases de la Photo-InterprétationLa vision : • Couleurs et contrastes • Vision stéréoscopiqueVisualisation d’une image de télédétection • Affichage de l’image • Rehaussement des contrastesPhoto-interprétation d’une image en 2D • Les objets étudiés • Interprétation des couleurs • Texture et structure • Apport de l’expertiseImage 3D : la vision stéréoscopique artificielleLe choix des données selon les objectifs • Critères de choix • Exemples d’applicationsIntérêt et limites de la photo-interprétation Les Bases de la Photo-Interprétation 2
  3. 3. Les couleursLa vision En télédétection une bonne connaissance des couleurs est nécessaire pour : Interpréter visuellement les images sur papier ou à l’écran (PIAO) Augmenter la lisibilité des résultats : composition des couleurs des images traitées et qualité des impressions. Les Bases de la Photo-Interprétation 3
  4. 4. Les couleursLa vision « Capteurs » de lumière dans la rétine ⇒ Réactions chimiques transformées en signaux électriques ⇒ Transmission par le nerf optique ⇒ « Perception » d’une couleur par le cerveau Cônes (pigments couleur) Bâtonnets (vision scotopique) « Objectif » Les Bases de la Photo-Interprétation 4
  5. 5. Les couleursLa vision Sensibilité de l’œil : de 400 à 700 nm avec maximum vers 550 nm (vert- jaune) plusieurs 10aines de milliers de couleurs perçues Les Bases de la Photo-Interprétation 5
  6. 6. La représentation de couleursLa vision Une sensation colorée peut être reproduite par un mélange de trois couleurs primaires Couleur reproduite par synthèse additive : écrans TV ou ordinateurs Les Bases de la Photo-Interprétation 6
  7. 7. La représentation de couleursLa vision Synthèse additive Synthèse soustractive (écran TV, ordinateur) (Filtres, pigments, films) Les Bases de la Photo-Interprétation 7
  8. 8. La représentation de couleursLa vision La qualité de visualisation dépend du nombre de lignes et de colonnes du moniteur et du nombre de couleurs affichables simultanément Écrans couleurs utilisés en télédétection : 256 niveaux pour chaque couleur 2563 couleurs = + 16 millions Mais l’œil ne peut pas tout voir : • Couleurs constituées à partir des 50 premiers niveaux = noir • 16 niveaux par couleur primaire 4096 couleurs Les Bases de la Photo-Interprétation 8
  9. 9. Une perception toute relative...La vision Contrastes • Spatial : permet la perception des objets… 4 km Inondations Fleuve Hérault 1994 Les Bases de la Photo-Interprétation 9
  10. 10. Une perception toute relative...La vision Contrastes • Spatial : permet la perception des objets… … mais un même gris apparaît moins clair s’il est entouré de blanc ; idem couleurs 4 km Inondations Fleuve Hérault 1994 La teinte grise de la barre est la même sur toute sa longueur. Les Bases de la Photo-Interprétation 10
  11. 11. Une perception toute relative...La vision Influence de l’environnement http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89chiquier_d%27Adelson Les Bases de la Photo-Interprétation 11
  12. 12. Une perception toute relative...La vision Influence de l’environnement Les Bases de la Photo-Interprétation 12
  13. 13. Une perception toute relative...La vision Influence de l’environnement Les Bases de la Photo-Interprétation 13
  14. 14. La perception du reliefLa vision Vision stéréoscopique naturelle Source : http://ditwww.epfl.ch/ Les Bases de la Photo-Interprétation 14
  15. 15. Affichage d’un canalVisualisation d’une image Chaque pixel est codé par une valeur de 0 à 255 Association valeurs radiométriques niveaux de gris Les Bases de la Photo-Interprétation 15
  16. 16. Affichage d’une imageVisualisation d’une image Écran = 3 plans couleur Image = n plans (canaux) Affichage d’un plan par canal composition colorée Synthèse additive : L’affichage des couleurs est obtenu en ajoutant les 3 couleurs primaires (rouge, vert, bleu) Jaune Rouge Vert Magenta Cyan Intensité décroissante Bleu Les Bases de la Photo-Interprétation 16
  17. 17. Affichage d’un canalVisualisation d’une image Bleu Image en Bleu niveaux de gris Bleu Vert Bleu Rouge Les Bases de la Photo-Interprétation 17
  18. 18. Affichage d’une composition colorée Image en couleurs naturellesVisualisation d’une image Bleu Composition Bleu colorée Vert Vert Rouge Rouge Les Bases de la Photo-Interprétation 18
  19. 19. Affichage d’une composition colorée Image en fausses couleursVisualisation d’une image XS1 = vert Composition Bleu colorée XS2 =rouge Vert XS3 = PIR Rouge Les Bases de la Photo-Interprétation 19
  20. 20. Exemple d’analyse des images transformées : Photo-interprétation d’une composition colorée de 3 IV 0.5 / 0.2 / 0.1 0 / 0.5 / 0.1IV du 24/04/2000 RougeIV du 02/06/2000 VertIV du 27/07/2000 Bleu 0.4 / 0.4 / 0.4 -0.2 /-0.2 / -0.2 Les Bases de la Photo-Interprétation 20
  21. 21. Rehaussement des contrastes - Histogramme d’un canalVisualisation d’une image Max Nb de pixels 60 52 50 40 30 20 18 15 14 10 0 Noir Gris foncé Gris Clair Blanc 0 Min Max 255 Noir Blanc Les Bases de la Photo-Interprétation 21
  22. 22. Rehaussement des contrastes - Fonction de transcodageVisualisation d’une image Nb de pixels Niveaux de gris Blanc Niveaux de gris utilisés Gammed’intensités utilisée Noir Max 0 Min Comptes numériques255 96 (canal XS3) Les Bases de la Photo-Interprétation 22
  23. 23. Rehaussement des contrastes - Fonction de transcodageVisualisation d’une image Table de transcodage pour transformer les valeurs initiales et augmenter le contraste Nb de pixels Niveaux de gris Niveaux de gris Blanc ∆I ∆I Noir Max 0 Min Comptes numériques255 96 (canal XS3) Les Bases de la Photo-Interprétation 23
  24. 24. Rehaussement des contrastesVisualisation d’une image Etalement de dynamique Sur 1 canal donné 0 255 0 255 Sur 3 canaux Les Bases de la Photo-Interprétation 24
  25. 25. Rehaussement des contrastes-Visualisation d’une image Les tables de transcodage Les Bases de la Photo-Interprétation 25
  26. 26. Rehaussement des contrastesVisualisation d’une image Différentes fonctions de transcodage Pas d’étirement Étirement linéaire entre µ ±2σ σ Étirement selon histogramme cumulé (égalisation d’histogramme) Les Bases de la Photo-Interprétation 26
  27. 27. La démarche de photo-interprétationPhoto-Interprétation 2D Eléments structurants et surfaces • Lignes et points : réseaux routier, hydrographique • Les surfaces fermées : définition des objets, tracé des limites Différents niveaux • les individus (ex : arbres, bâtiments) • les groupes d’individus (ex : groupe d’arbres, pâté de maison) • les unités thématiques (ex : parcelle, quartier…) • … A chacun de ces niveaux d’objets peuvent être attribuées des caractéristiques • le nombre • la dimension • la forme • la répartition spatiale (Horizontale et Verticale) Les Bases de la Photo-Interprétation 27
  28. 28. Interprétation des couleursPhoto-Interprétation 2D Réflectance Bande panchromatique 100 Canal 1 Canal 2 Canal 3 90 SPOT NeSPOT SPOT i ge f 80 raich î e 70 ir n cla 60 Limo 50 40 Sable Végétation 30 20 Sol sec 10 Eau 0 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 Longueur donde (µm) (µM) Longueur donde Proche infrarouge Les Bases de la Photo-Interprétation 28
  29. 29. Interprétation des couleursPhoto-Interprétation 2D La couleur signatures spectrales Sol nu Eau XS1 XS2 XS3 Minéral XS1 XS2 XS3 Végétation active XS1 XS2 XS3 Forêt XS1 XS2 XS3 XS1 (vert) sur plan bleu XS1 XS2 XS3 XS2 (rouge) sur plan vert XS3 (PIR) sur plan rouge Les Bases de la Photo-Interprétation 29
  30. 30. Interprétation des couleursPhoto-Interprétation 2D Exemple d’une composition colorée avec MIR XS4 (MIR) sur Rouge XS3 (PIR) sur Vert XS2 (Rouge) sur Bleu Image Spot XS du 27/07/2000 Les Bases de la Photo-Interprétation 30
  31. 31. Interprétation des couleursPhoto-Interprétation 2D Exemple diachronique XS3 (PIR) du 24/04/00 sur rouge XS3 (PIR) du 02/06/00sur Vert XS3 (PIR) du 27/07/00 sur Bleu Les Bases de la Photo-Interprétation 31
  32. 32. Interprétation des couleurs Exemple diachroniqueXS3 (PIR) du 24/04/00 sur rouge IV du 24/04/00 sur rougeXS3 (PIR) du 02/06/00sur Vert IV du 02/06/00sur VertXS3 (PIR) du 27/07/00 sur Bleu IV du 27/07/00 sur Bleu 0.5 / 0.2 / 0.1 0 / 0.5 / 0.1 0.4 / 0.4 / 0.4 -0.2 /-0.2 / -0.2 Les Bases de la Photo-Interprétation 32
  33. 33. Texture et structurePhoto-Interprétation 2D Texture = répétition spatiale d’un même motif dans différentes directions de l’espace Structure : • Définition = ??? • Organisation des objets composant l’image dans l’espace Les Bases de la Photo-Interprétation 33
  34. 34. Texture et structurePhoto-Interprétation 2D Structure grandes lignes limites dobjets (champs, routes ...) Radiométrie Différences de niveau de gris Texture Les Bases de la Photo-Interprétation 34
  35. 35. Texture et structurePhoto-Interprétation 2D La texture variabilité spectrale Taille objet / taille pixel SPOT XS = 20m Ikonos MS = 4m Ikonos P = 1m 4-5 palmiers 1-2 palmiers <1 palmier Plantation de palmiers Les Bases de la Photo-Interprétation 35
  36. 36. Texture et structurePhoto-Interprétation 2D La structure forme et organisation des objets de la scène Photo IFN Photo IFN Les Bases de la Photo-Interprétation 36
  37. 37. La démarche de photo-interprétationUtilisation de la couleur, de la texture et de la structureDu plus simple au plus compliqué :• Lignes et points : réseaux routier, hydrographique• Les surfaces fermées : • Définition des objets • Tracé des limites • Construction du thème par itération entre le graphique et la sémantique (adaptation thématique / image) Les Bases de la Photo-Interprétation 37
  38. 38. Photo-interprétation - Apport de l’expertisePhoto-Interprétation 2D Ex : Utilisation des critères stationnels en milieu forestier Topographie : • pente, exposition (éclairement solaire) • situation topographique : sommet dépression, falaise, masque sud .. ( nature, profondeur, humidité des sols) Géologie, géomorphologie, pédologie : • nature, altération de la roche-mère, formations superficielles, pierrosité apparente • type de sol • modelé, traces d’érosion, de solifluxion • type de drainage, présence de tourbière, • etc… Observation détaillée de la forme et de la couleur des arbres + critères stationnels limitation des choix possibles Les Bases de la Photo-Interprétation 38
  39. 39. La vision 3D– Vision stéréoscopique artificielleImages 3D 2 images prises de 2 points de vue différents Les différents types de stéréoscopie Source : http://ceos.cnes.fr:8100 Prises de vues aériennes Source : http://www.ngi.be/ Acquisitions SPOT 5 Source : http://ceos.cnes.fr:8100 Les Bases de la Photo-Interprétation 39
  40. 40. La vision 3D– Vision stéréoscopique artificielleImages 3D Image gauche vue par œil gauche et image droite vue par œil droit Rapport B/H perception du relief + ou - marquée Les Bases de la Photo-Interprétation 40
  41. 41. La vision 3D – Vision stéréoscopique artificielleImages 3D Stéréoscope Anaglyphe Stéréoscopie numérique • Projection alternée + lunettes à cristaux liquides • … … Les Bases de la Photo-Interprétation 41
  42. 42. Les Bases de la Photo-Interprétation 42
  43. 43. Les Bases de la Photo-Interprétation 43
  44. 44. Photo-interprétation - Apport de la 3DImages 3D B/H = 0.3 B/H = 0.05 Bonne perception du relief Bonne perception des arbres Les Bases de la Photo-Interprétation 44
  45. 45. Photo-interprétation - Apport de la 3DImages 3D Utilisation de la 3 D : la stéréoscopie Informations sur la position topographique Informations supplémentaires sur la forme et l’organisation spatiale des objets (hauteur) Stéréoscopie numérique résultats de l’interprétation superposables à une carte Les Bases de la Photo-Interprétation 45
  46. 46. Choix des donnéesDémarche de photo-interprétation Résolution spatiale et perception des objets Résolution spatiale (20 m) Pixel > objet Détection Route (8 m) Pixel = objet Identification Autoroute (20-25 m) Pixel << objet Analyse Plan d’eau (80-200 m) Les Bases de la Photo-Interprétation 46
  47. 47. Choix des donnéesDémarche de photo-interprétation Résolution spatiale et perception des objets Pour une problématique donnée il faut rechercher la bonne résolution (qui n’est pas nécessairement la plus fine)Résolution 0.1 m 0.5m 2m 5m 20m Les Bases de la Photo-Interprétation 47
  48. 48. Analyse des imagesDémarche de photo-interprétation Utilisation de la couleur, de la texture et de la structure Définition des objets : construction des classes par itération • Adaptation thématique / potentiel de l’image Les différents types d’objets • Lignes et points : réseaux routier, hydrographique • Les surfaces fermées : • Tracé des limites • Classe : par PI ou terrain • Evolution de la légende le cas échéant Les Bases de la Photo-Interprétation 48
  49. 49. Exemple d’application- CLC Source :http://ww.kleegroup.com/ifen/ Echelle 1/100 000 3- Numérisation1- Image satellitaire SPOT (XS) ouLANDSAT (TM)- Composition colorée"fausses-couleurs" sur tiragephotographique à léchelle de 1/100 000 4- Assemblage2- Photo-interprétation + données exogènes25 ha – 44 postes 5- Finalisation : vérification, édition, diffusion Les Bases de la Photo-Interprétation 49
  50. 50. Exemple d’application- IFN (ancienne méthode)Démarche de photo-interprétation Cartographie des peuplements à l’Inventaire Forestier National Les Bases de la Photo-Interprétation 50
  51. 51. Exemple d’applicationDémarche de photo-interprétation Déclarations des surfaces agricoles pour la PAC sur orthophotos Îlots de culture Parcelles Les Bases de la Photo-Interprétation 51
  52. 52. Exemple d’applicationDémarche de photo-interprétation Suivi de l’évolution des zones inondées après le passage de l’ouragan Katrina sur la Nouvelle-Orléans- Images Formosat-2 Source : http://www.spotimage.fr Les Bases de la Photo-Interprétation 52
  53. 53. Exemple d’applicationDémarche de photo-interprétation Identification des types de navires et suivi du trafic naval Source : http://www.spotimage.fr Les Bases de la Photo-Interprétation 53
  54. 54. Exemple d’applicationDémarche de photo-interprétation Suivi des Incendies de forêts- Ex: dans les Maures en 2003 • Images SPOT-5, 17-19 juillet et 29-30 juillet, pixel 10m • Images fausses couleurs : bdes PIR – Rouge – Vert <-> R-V-B 19 juillet 2003 29 juillet 2003 Les Bases de la Photo-Interprétation 54
  55. 55. Photo-interprétation / traitements numériquesIntérêts et limites de la PI Prétraitements Photo-interprétation Manuelle Interprétation Traitements numériques • Teintes • Texture, structure Intérêt de la Photo- • Objets Interprétation Assistée par Ordinateur • Paysages Calculs de surfaces Edition des cartes Les Bases de la Photo-Interprétation 55
  56. 56. Intérêts et limites de la photo-interprétationIntérêts et limites de la PI Avantages : • Vision efficace pour l’analyse des couleurs, textures et structures • Expertise intégration de connaissances extérieures lors de l’interprétation • Peu sensible aux variations radiométriques « parasites » • Souplesse d’utilisation  différentes modalités • Sur support « papier » (manuelle) • Assistée par ordinateur (PIAO) : outils disponibles dans SIG Inconvénients • Long et coûteux • Travail fastidieux Les Bases de la Photo-Interprétation 56

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