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Physique de la mesure
dans le domaine
optique
Effets atmosphériques
Signatures spectrales et directionnelles
Olivier Hagolle
Centre d’Etudes Spatiales de la Biosphère (CESBIO)
http://cesbio.ups-tlse.fr
Atmosphere
NUAGES
• Effet atmosphérique principal
• Environ 70% de couverture nuageuse globalement
• 1 image LANDSAT sur 10 (180*180 km) présente moins de
5% de nuages

• Détection délicate
• Forte variabilité des types de nuages
• Hauts ou bas,
• épais ou fins,
• eau liquide ou glace

• Forte variabilité des paysages sous le nuage
Cumulus
(détection aisée)
Différence entre
neige et nuages
difficile dans le
visible
Nuages à bord
fins
Nuages élevés et
fins
Traces d’avion
•

Difficiles à
détecter

•

Sans compter
leurs ombres
Incendie du 2/2/2
• Ecobuage
• 5000ha
• 1mort
Les aérosols dus à la
fumée se confondent
avec un nuage
Effets Atmosphériques
• Deux phénomènes principaux

Absorption :

Diffusion :

• Deux effets :
– les spectres de luminance montants et descendants sont
filtrés par l’atmosphère
– le ciel devient une source lumineuse
Comparaison des effets
d’absorption et de diffusion
Diffusion par les molécules (Rayleigh) ~

-4

Variation spectrale de la diffusion par les
aérosols~ -

: Coefficient d’ Angström Varie entre 0 et
2 en fonction du type d’aérosols
Absorption et Diffusion

Sable

Végétation

Comparaison des réflectances en bas et au sommet de l’atmosphère
(TOA=Top of Atmosphere)
Absorption
Sondage Atmosphérique
Infra-rouge ou Micro-Ondes
• Buts :
– Profil de la température atmosphérique en fonction
de l’altitude
– Si la température est connue, calcul de l’abondance
des absorbants en fonction de l’altitude
– Nécessite plusieurs canaux d’absorption différentes.
Sondage atmosphérique
Absorption, altitude de l’observation

dry

1

0.5

0

c

humid

Microwave Sounding (MHS), 5 canaux
autour d’une raie d’absorption à 183 GHz

K
Effets Atmosphériques : la diffusion

La diffusion est très
variable dans le temps et
l’espace en raison des
nuages et des aérosols
Diffusion par les molécules (Rayleigh)
• La luminance de la diffusion moléculaire (Rayleigh) varie en
– C’est l’effet atmosphérique principal dans le bleu
explique le ciel bleu et le soleil rouge au coucher
• Fonction de phase du Rayleigh :
Direction
diffuse
Angle de phase
Angle de diffusion
Direction incidente

1
4
Diffusion par les aérosols
• La luminance varie en

1

avec

0,5 <

< 1,5

: Coefficient d’angström
influence plus forte dans le bleu
l’abondance des aérosols varie rapidement avec le temps
• Fonction de phase
– depend du type d’aérosols
– Forte pointe avant pour les
grosses particules

0.1µm

2 µm
Effets de la diffusion

B3 (NIR)
0,78-0,89 µm

B0 (blue)
0,43-0,47 µm
Ciel bleu
Rayleigh

Aérosols

Rayleigh

Près de la direction
solaire, la diffusion par
les aérosols prend de
l’importance
=> Le ciel est bleu clair

À la direction solaire, la
diffusion provient de la
diffusion moléculaire :
=> Le ciel est bleu sombre

Aerosols
Observer
Aérosols désertiques
Modélisation de la diffusion (Trajets)

Réflectance atmosphérique

Diffus puis direct

direct + direct

direct puis diffus

Diffusions multiples
Equation simple du transfert radiatif

s
v

atmosphere

ground

Réflectance du sol uniforme
Merci à E. Vermote (U.Maryland)
Equation simple du transfert radiatif

s
v

atmosphere

ground

Réflectance du sol uniforme
Merci à E. Vermote (U.Maryland)
Equation simple du transfert radiatif

s
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Absorbing ground

Réflectance atmosphérique

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Equation simple du transfert radiatif

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Eclairement transmis par l’atmosphère, trajet descendant
aero

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T dir

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Equation simple du transfert radiatif

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Réflection par le sol (uniforme et lambertien)

ground

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Equation simple du transfert radiatif

v

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v

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Er

Eclairement transmis par l’atmosphère, trajet montant

40
Equation simple du transfert radiatif
s
v

Trajets avec une
réflexion à la surface

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Eo
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ground

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ground

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Trajets avec 2
réflexions à la surface
S atm

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S atm

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ground

S atm

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Equation simple du transfert radiatif

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ground

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1

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1

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Modélisation simple des effets
atmosphériques
Réflectance du sol

Réflectance atmo

(lambertienne, uniforme)

Transmission gazeuse

app

s

,

v

,

Réflectance TOA

Tg

atm

s

,

v

,

T atm (

s

) T atm (

v

ground

)
1

ground

Transmission
atmosphérique
(diffusion)
Réflectance
atmosphérique

S atm
Modélisation simple des effets atmosphériques
• Modèle simple et approché

ρ TOA (θ s , θ v , φ) = Tg ρ atm (θ s , θ v , φ) + Tatm (θ s )T atm (θ v )




: réflectance en haut de l’atmosphère
ground : réflectance sans atmosphère
: réflectance atmospherique
atm

ρ ground
1 S atm ρ ground

TOA

s
v

Croît avec les angles et l’abondance d’aérosols

• Tatm

: transmittance atmosphérique

• Satm

: réflectance atmosphérique

• Tg

: transmittance gazeuse

Décroit avec les angles et l’abondance d’aérosols
Croit avec l’abondance d’aérosols

atmosphere

ground
Exemples de variations
• Réflectance TOA en fonction de réflectance de surface
• Pour différentes abondances d’aérosols
• Tau= épaisseur optique

• Noter le croisement des courbes en un point

443 nm

865 nm
Modélisation des effets atmosphériques
• Pour calculer les différents termes de l’équation ci-dessus
• Ou pour obtenir une modélisation plus précise
• Utilisation de codes de transfert radiatif dans l’atmosphère
• 6S, MODTRAN, SOS

• Modélisation très précise
• À condition de connaitre les paramètres atmosphériques
• Abondance de vapeur d’eau, d’aérosols…

• Calculs longs, impossibles à effectuer sur chaque pixels
• Utilisation de tableaux précalculés une fois pour toutes
• Look-up tables (LUT)
• Pour la diffusion : Tableaux à 9 Dimensions
•
•
•
•

Angles de visée (2), Angles solaires(2)
Réflectance du sol, altitude du sol,
abondance d’aérosols, type d’aérosols,
bande spectrale
Observations d’aérosols par Lidar
Calipso (NASA/CNES)
Exemples de
cartes d’aérosols
Effets d'environnement


Pas de dénomination officielle
–
–



« effets d'environnement », « adjacency effect »
Effet de flou apporté par l'atmosphère

Contributions à la réflectance TOA




1. Réflectance atmosphérique
2. Réflectance du pixel
3+4. effets d'environnement
Environment correction:
Validation
Date
AOT
25/06/05 0.47
27/06/05 0.11

Environment Effects
Environment correction:
Validation
Date
AOT
25/06/05 0.47
27/06/05 0.11

Environment Effects
Environment correction:
Validation
Date
AOT
25/06/05 0.47
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Environment correction:
Validation
Date
AOT
25/06/05 0.47
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Environment Effects
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

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–

Paysage test : parcelle de blé de 400m dans paysage de sol nu
•
•
•

–

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

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

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

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–

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angle par rapport à la direction solaire
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 Réflexion sur les surfaces adjacentes

Propriétés
directionnelles des
réflectances
Effets directionnels
• Surfaces Lambertiennes:

ρ θi ,θr ,φ r

φ i = cste

– La neige, sable sont quasi lambertiens (mais pas
exactement, surtout si présence de dunes)

• La réflectance peut-être plus grande que 1
– Ex : soleil réfléchi par une vitre

• La réflectance de l’eau est très directionnelle
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à 0.6 en général)
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Effets directionnels
• Forêt vue d’hélicoptère
Ombre de l’hélicoptère

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0.6

0.6

desert

(c)
0.5

0.5

conifers

0.3
0.2
0.1

0.3
0.2
0.1

0
-40

-30

-20

-10

0

10

0
-40

20

-30

Phase Angle

cultures

(f)

0

10

20

savanne

0.4

Reflectance

Reflectance

-10

0.5

(d)

0.3
0.2
0.1
0
-40

-20

Phase Angle

0.5
0.4

Pic de
rétrodiffusion
« Hot Spot »

0.4

Reflectance

Reflectance

0.4

(a)

0.3
0.2

Bréon,
ISPRS 2001

0.1

-30

-20

-10

Phase Angle

0

10

20

0
-40

-30

-20

-10

Phase Angle

0

10

20
Effets Directionnels
Observés par POLDER dans le proche infra rouge

Observations vers le sud, verticale et vers le Nord.
Soleil au Sud-est
Signatures Directionnelles
Dans quelle montgolfière
était le photographe ?
Signatures Directionnelles
Dans quelle montgolfière
était le photographe ?
Effets directionnels

• Conclusions
– Directional effects contain information to study Vegetation
cover, Atmophere, Oceans , Clouds
– Reflectances can vary by more than a factor 2 on lands
– Directional effects cannot be neglected
– When using temporal series, it is necessary to correct for
directional effects

- Other Idea :
- Avoid Directional effects :
- Venµs Project (CNES)
- Formosat-2 (Taiwan)

- Constant observation angles

Maisongrande, 2001
Effets directionnels
Uié ( p s e ae e t
n 4a r r t i m )
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cnl
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1

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2

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0

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40
0

From SPOT
Wheat field, Romania

30
0

20
0

10
0

0
1/ 0 6
2 /
19

0/ 2 6
1 /
19

2/ 1 7
0 /
09

1/ 3 7
1 /
09

3/ 4 7
0 /
09

1/ 6 7
9 /
09

0/ 8 7
8 /
09

dt
ae

From Formosat 2
Sunflower Field Toulouse
Formosat 2 data, Morocco

16/11/2005

10/11/2005
Formosat 2 data, Morocco

16/11/2005

12/11/2005
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28/12/2005
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04/12/2005
Venµs orbits

• project in cooperation between France and Israel
• Acquisitions every 2nd day, with constant observation angles
• Resolution : 5m, Field 28 km, 12 spectral bands, 50 sites
Propriétés spectrales des
réflectances
Distinction Nuages/Neige
Images LANDSAT

Bleu Vert Rouge

Bleu PIR MIR
Exemples de Signatures Spectrales
Végétation

Neige

Sols Nus

Sols Nus/ Humidité
Spectral signatures: vegetation
VEGETATION instrument (SPOT 4 et SPOT5):
• blue (B0):
– Ocean colour, atmosphere
• red (B2)
– Chlorophyll absorption
• Near infra red (B3):
– VEGETATION reflexion maximum
• Moyen infra-rouge (MIR):
– Snow and cloud distinction
– Vegetation classifications

B0 B1 B2

B3

MIR
Signature Spectrale de la végétation
Visible

ABSORPTION due à :

Proche
Infra-Rouge

Moyen Infra Rouge

Chlorophylle

Eau

Wavelength ( m)
Spectral signatures: vegetation
Simulation de spectres de Végétation pour
3 valeurs de chlorophylle différentes

Bandes Spectrales
de Venµs
Spectral signatures: vegetation

Nil Delta and
Valley

Israël/Egypt
Border

Moyen-Orient 05/04/98 (B3/B2/B0)
Signature Spectrale de la Végétation
• Indices de Végetation
– NDVI (Le plus utilisé):
(Normalized Difference Vegetation Index)

NDVI =

ρ PIR

NDVI=0.72

ρ rouge

ρ PIR + ρ rouge

– ARVI, EVI, SAVI…
– NDWI (le SWIR remplace le rouge
dans la formule du NDVI)

• Les indices de Végétation sont très utiles
– Pour réduire les données à une seule dimension
– Pour réduire le bruit quand les réflectances sont bruitées

• Mais le NDVI n’est pas une grandeur physique
•

utiliser des variables géophysiques (LAI, fAPAR, fCover)

• De l’information est perdue :
– Si les réflectances sont de bonne qualité, il vaut mieux utiliser des
réflectances,

NDVI=0.14
Spectral signatures: vegetation
NDVI interest when reflectances are of poor quality

Surface Reflectances
(Near infrared/red/red)

NDVI
(low in white, high in green)
Spectral signatures: POLDER
Spectral signatures: POLDER

Total radiance

Polarised radiance

Color composite POLDER : PIR/red/blue
Spectral signatures :ocean colour
• The ocean colour contains information on the
water content
– Chlorophyll concentration (Phytoplankton)
– Suspended matters (sediments)

• Used for
– Carbon cycle studies
– Coastal monitoring
• fish farms, sediment transport

– Fishing…

• Retrieving this information requires
– very accurate instruments
– an accurate modelisation of atmosphere
L t = L r + (L a + L ra ) + T(L

wc

+ Lg + Lw )
Signatures Spectrales des Océans
L t = L r + (L a + L ra ) + tL wc + TL g + t L w

Lt : Luminance totale
Lr : Luminance Rayleigh
(molecules)
La : Luminance des aérosols
Lra: Luminance due au
couplage entre Rayleigh et
aerosols
T : Transmission
atmosphérique
Lwc: Luminance de l’écume
Lg : Luminance spéculaire
Lw : Luminance de l’eau
Réflectance de l’eau/ Turbidité
Spectral signatures :ocean colour

• Pigment concentration(mg/m3)
– multi-year average

1

0.1
0.01

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Physique de la mesure en télédétection optique partie 2 : atmosphère et signatures

  • 1. Physique de la mesure dans le domaine optique Effets atmosphériques Signatures spectrales et directionnelles Olivier Hagolle Centre d’Etudes Spatiales de la Biosphère (CESBIO) http://cesbio.ups-tlse.fr
  • 3. NUAGES • Effet atmosphérique principal • Environ 70% de couverture nuageuse globalement • 1 image LANDSAT sur 10 (180*180 km) présente moins de 5% de nuages • Détection délicate • Forte variabilité des types de nuages • Hauts ou bas, • épais ou fins, • eau liquide ou glace • Forte variabilité des paysages sous le nuage
  • 4. Cumulus (détection aisée) Différence entre neige et nuages difficile dans le visible
  • 8. Incendie du 2/2/2 • Ecobuage • 5000ha • 1mort Les aérosols dus à la fumée se confondent avec un nuage
  • 9. Effets Atmosphériques • Deux phénomènes principaux Absorption : Diffusion : • Deux effets : – les spectres de luminance montants et descendants sont filtrés par l’atmosphère – le ciel devient une source lumineuse
  • 10. Comparaison des effets d’absorption et de diffusion Diffusion par les molécules (Rayleigh) ~ -4 Variation spectrale de la diffusion par les aérosols~ - : Coefficient d’ Angström Varie entre 0 et 2 en fonction du type d’aérosols
  • 11. Absorption et Diffusion Sable Végétation Comparaison des réflectances en bas et au sommet de l’atmosphère (TOA=Top of Atmosphere)
  • 13. Sondage Atmosphérique Infra-rouge ou Micro-Ondes • Buts : – Profil de la température atmosphérique en fonction de l’altitude – Si la température est connue, calcul de l’abondance des absorbants en fonction de l’altitude – Nécessite plusieurs canaux d’absorption différentes.
  • 14. Sondage atmosphérique Absorption, altitude de l’observation dry 1 0.5 0 c humid Microwave Sounding (MHS), 5 canaux autour d’une raie d’absorption à 183 GHz K
  • 15. Effets Atmosphériques : la diffusion La diffusion est très variable dans le temps et l’espace en raison des nuages et des aérosols
  • 16. Diffusion par les molécules (Rayleigh) • La luminance de la diffusion moléculaire (Rayleigh) varie en – C’est l’effet atmosphérique principal dans le bleu explique le ciel bleu et le soleil rouge au coucher • Fonction de phase du Rayleigh : Direction diffuse Angle de phase Angle de diffusion Direction incidente 1 4
  • 17. Diffusion par les aérosols • La luminance varie en 1 avec 0,5 < < 1,5 : Coefficient d’angström influence plus forte dans le bleu l’abondance des aérosols varie rapidement avec le temps • Fonction de phase – depend du type d’aérosols – Forte pointe avant pour les grosses particules 0.1µm 2 µm
  • 18. Effets de la diffusion B3 (NIR) 0,78-0,89 µm B0 (blue) 0,43-0,47 µm
  • 19. Ciel bleu Rayleigh Aérosols Rayleigh Près de la direction solaire, la diffusion par les aérosols prend de l’importance => Le ciel est bleu clair À la direction solaire, la diffusion provient de la diffusion moléculaire : => Le ciel est bleu sombre Aerosols Observer
  • 20.
  • 21.
  • 22.
  • 23.
  • 24.
  • 25.
  • 26.
  • 27.
  • 28.
  • 30. Modélisation de la diffusion (Trajets) Réflectance atmosphérique Diffus puis direct direct + direct direct puis diffus Diffusions multiples
  • 31. Equation simple du transfert radiatif s v atmosphere ground Réflectance du sol uniforme Merci à E. Vermote (U.Maryland)
  • 32. Equation simple du transfert radiatif s v atmosphere ground Réflectance du sol uniforme Merci à E. Vermote (U.Maryland)
  • 33. Equation simple du transfert radiatif s v atm ( s , v , ) atmosphere Absorbing ground Réflectance atmosphérique atm ( , s , ) v aero Paero ( ) 4 . cos( mol s ) cos( Pmol ( ) s )
  • 34. Equation simple du transfert radiatif s Ei T atm ( ) s Et Ei Et Eclairement transmis par l’atmosphère, trajet descendant aero T atm ( ) s T dir T dif et T dir e cos mol s
  • 35. Equation simple du transfert radiatif Et Er Réflection par le sol (uniforme et lambertien) ground Et
  • 36. Equation simple du transfert radiatif v E0 T atm ( ) v Eo Er Er Eclairement transmis par l’atmosphère, trajet montant 40
  • 37. Equation simple du transfert radiatif s v Trajets avec une réflexion à la surface atmosphere ground Eo app Eo Ei app atm T( v Ei )E r T( Ei atm v ) ground Et Ei T( v ) ground T( s ) T( v ) ground T( s )
  • 38. Equation simple du transfert radiatif Ei E iT ( s ) ground atmosphere albedo =Satm E iT ( E iT ( s s ) ) ground ground s ground ground T( v ) Trajets avec 2 réflexions à la surface S atm ) E iT ( S atm E iT ( s ) ground S atm ground
  • 39. Equation simple du transfert radiatif app T( atm 1 r r 2 groundSatm Therefore app atm s r )T ( 3 v ) ...r 1 ground n 1 1 1 S atm ground r ground Tatm ( s )Tatm ( S ) v ground Satm r ground S groundSatm) 2 ground Satm n ->0 1 3 ground ground 1 S atm n < 1 so when n->∞ then ( 1 ground 2 S ... 1 ground S 3 ...
  • 40. Modélisation simple des effets atmosphériques Réflectance du sol Réflectance atmo (lambertienne, uniforme) Transmission gazeuse app s , v , Réflectance TOA Tg atm s , v , T atm ( s ) T atm ( v ground ) 1 ground Transmission atmosphérique (diffusion) Réflectance atmosphérique S atm
  • 41. Modélisation simple des effets atmosphériques • Modèle simple et approché ρ TOA (θ s , θ v , φ) = Tg ρ atm (θ s , θ v , φ) + Tatm (θ s )T atm (θ v )    : réflectance en haut de l’atmosphère ground : réflectance sans atmosphère : réflectance atmospherique atm ρ ground 1 S atm ρ ground TOA s v Croît avec les angles et l’abondance d’aérosols • Tatm : transmittance atmosphérique • Satm : réflectance atmosphérique • Tg : transmittance gazeuse Décroit avec les angles et l’abondance d’aérosols Croit avec l’abondance d’aérosols atmosphere ground
  • 42. Exemples de variations • Réflectance TOA en fonction de réflectance de surface • Pour différentes abondances d’aérosols • Tau= épaisseur optique • Noter le croisement des courbes en un point 443 nm 865 nm
  • 43. Modélisation des effets atmosphériques • Pour calculer les différents termes de l’équation ci-dessus • Ou pour obtenir une modélisation plus précise • Utilisation de codes de transfert radiatif dans l’atmosphère • 6S, MODTRAN, SOS • Modélisation très précise • À condition de connaitre les paramètres atmosphériques • Abondance de vapeur d’eau, d’aérosols… • Calculs longs, impossibles à effectuer sur chaque pixels • Utilisation de tableaux précalculés une fois pour toutes • Look-up tables (LUT) • Pour la diffusion : Tableaux à 9 Dimensions • • • • Angles de visée (2), Angles solaires(2) Réflectance du sol, altitude du sol, abondance d’aérosols, type d’aérosols, bande spectrale
  • 44. Observations d’aérosols par Lidar Calipso (NASA/CNES)
  • 46. Effets d'environnement  Pas de dénomination officielle – –  « effets d'environnement », « adjacency effect » Effet de flou apporté par l'atmosphère Contributions à la réflectance TOA    1. Réflectance atmosphérique 2. Réflectance du pixel 3+4. effets d'environnement
  • 51. Effets d'environnement  Ordres de grandeur de l'erreur de correction – Paysage test : parcelle de blé de 400m dans paysage de sol nu • • • – Comparé à un paysage uniforme Aérosols continentaux, theta_s=45, theta_v=20° « pire cas réaliste » Au centre de la parcelle :
  • 52. Effets d'environnement  Erreurs de correction atmosphérique :  Nécessité de connaître l'épaisseur optique pour bien corriger
  • 53. Effets du relief  Pas de dénomination officielle – –  « effet de pente», « slope effect » Variations de l’éclairement dues à l’orientation des pentes par rapport au soleil Effets angle par rapport à la direction solaire  Portion du ciel non visible  Réflexion sur les surfaces adjacentes 
  • 55. Effets directionnels • Surfaces Lambertiennes: ρ θi ,θr ,φ r φ i = cste – La neige, sable sont quasi lambertiens (mais pas exactement, surtout si présence de dunes) • La réflectance peut-être plus grande que 1 – Ex : soleil réfléchi par une vitre • La réflectance de l’eau est très directionnelle – Réflectances élevées dans la direction spéculaire (0.2 à 0.6 en général) – Supérieure à 1 pour les lacs.
  • 56. Effets directionnels • Forêt vue d’hélicoptère Ombre de l’hélicoptère Vue perpendiculaire au plan solaire Ombre des arbres Vue en rétrodiffusion
  • 57. Effets directionnels Réflectance en fonction de l’angle de phase (vert : 670 nm , rouge 865 nm) 0.6 0.6 desert (c) 0.5 0.5 conifers 0.3 0.2 0.1 0.3 0.2 0.1 0 -40 -30 -20 -10 0 10 0 -40 20 -30 Phase Angle cultures (f) 0 10 20 savanne 0.4 Reflectance Reflectance -10 0.5 (d) 0.3 0.2 0.1 0 -40 -20 Phase Angle 0.5 0.4 Pic de rétrodiffusion « Hot Spot » 0.4 Reflectance Reflectance 0.4 (a) 0.3 0.2 Bréon, ISPRS 2001 0.1 -30 -20 -10 Phase Angle 0 10 20 0 -40 -30 -20 -10 Phase Angle 0 10 20
  • 58. Effets Directionnels Observés par POLDER dans le proche infra rouge Observations vers le sud, verticale et vers le Nord. Soleil au Sud-est
  • 59. Signatures Directionnelles Dans quelle montgolfière était le photographe ?
  • 60. Signatures Directionnelles Dans quelle montgolfière était le photographe ?
  • 61. Effets directionnels • Conclusions – Directional effects contain information to study Vegetation cover, Atmophere, Oceans , Clouds – Reflectances can vary by more than a factor 2 on lands – Directional effects cannot be neglected – When using temporal series, it is necessary to correct for directional effects - Other Idea : - Avoid Directional effects : - Venµs Project (CNES) - Formosat-2 (Taiwan) - Constant observation angles Maisongrande, 2001
  • 62. Effets directionnels Uié ( p s e ae e t n 4a r r t i m ) t è rt n cnl aa 1 cnl aa 2 cnl aa 3 60 0 50 0 l a é c c r fet ne 40 0 From SPOT Wheat field, Romania 30 0 20 0 10 0 0 1/ 0 6 2 / 19 0/ 2 6 1 / 19 2/ 1 7 0 / 09 1/ 3 7 1 / 09 3/ 4 7 0 / 09 1/ 6 7 9 / 09 0/ 8 7 8 / 09 dt ae From Formosat 2 Sunflower Field Toulouse
  • 63. Formosat 2 data, Morocco 16/11/2005 10/11/2005
  • 64. Formosat 2 data, Morocco 16/11/2005 12/11/2005
  • 65. Formosat 2 data, Morocco 16/11/2005 18/11/2005
  • 66. Formosat 2 data, Morocco 16/11/2005 21/12/2005
  • 67. Formosat 2 data, Morocco 16/11/2005 28/12/2005
  • 68. Formosat 2 data, Morocco 16/11/2005 04/12/2005
  • 69. Venµs orbits • project in cooperation between France and Israel • Acquisitions every 2nd day, with constant observation angles • Resolution : 5m, Field 28 km, 12 spectral bands, 50 sites
  • 72. Images LANDSAT Bleu Vert Rouge Bleu PIR MIR
  • 73. Exemples de Signatures Spectrales Végétation Neige Sols Nus Sols Nus/ Humidité
  • 74. Spectral signatures: vegetation VEGETATION instrument (SPOT 4 et SPOT5): • blue (B0): – Ocean colour, atmosphere • red (B2) – Chlorophyll absorption • Near infra red (B3): – VEGETATION reflexion maximum • Moyen infra-rouge (MIR): – Snow and cloud distinction – Vegetation classifications B0 B1 B2 B3 MIR
  • 75. Signature Spectrale de la végétation Visible ABSORPTION due à : Proche Infra-Rouge Moyen Infra Rouge Chlorophylle Eau Wavelength ( m)
  • 76. Spectral signatures: vegetation Simulation de spectres de Végétation pour 3 valeurs de chlorophylle différentes Bandes Spectrales de Venµs
  • 77. Spectral signatures: vegetation Nil Delta and Valley Israël/Egypt Border Moyen-Orient 05/04/98 (B3/B2/B0)
  • 78. Signature Spectrale de la Végétation • Indices de Végetation – NDVI (Le plus utilisé): (Normalized Difference Vegetation Index) NDVI = ρ PIR NDVI=0.72 ρ rouge ρ PIR + ρ rouge – ARVI, EVI, SAVI… – NDWI (le SWIR remplace le rouge dans la formule du NDVI) • Les indices de Végétation sont très utiles – Pour réduire les données à une seule dimension – Pour réduire le bruit quand les réflectances sont bruitées • Mais le NDVI n’est pas une grandeur physique • utiliser des variables géophysiques (LAI, fAPAR, fCover) • De l’information est perdue : – Si les réflectances sont de bonne qualité, il vaut mieux utiliser des réflectances, NDVI=0.14
  • 79. Spectral signatures: vegetation NDVI interest when reflectances are of poor quality Surface Reflectances (Near infrared/red/red) NDVI (low in white, high in green)
  • 81. Spectral signatures: POLDER Total radiance Polarised radiance Color composite POLDER : PIR/red/blue
  • 82. Spectral signatures :ocean colour • The ocean colour contains information on the water content – Chlorophyll concentration (Phytoplankton) – Suspended matters (sediments) • Used for – Carbon cycle studies – Coastal monitoring • fish farms, sediment transport – Fishing… • Retrieving this information requires – very accurate instruments – an accurate modelisation of atmosphere L t = L r + (L a + L ra ) + T(L wc + Lg + Lw )
  • 83. Signatures Spectrales des Océans L t = L r + (L a + L ra ) + tL wc + TL g + t L w Lt : Luminance totale Lr : Luminance Rayleigh (molecules) La : Luminance des aérosols Lra: Luminance due au couplage entre Rayleigh et aerosols T : Transmission atmosphérique Lwc: Luminance de l’écume Lg : Luminance spéculaire Lw : Luminance de l’eau
  • 85. Spectral signatures :ocean colour • Pigment concentration(mg/m3) – multi-year average 1 0.1 0.01