EXTRACTION DES DIFFERENTS INDICES DE VEGETATION A PARTIR DES IMAGES SATELLITAIRES

EXTRACTION DES DIFFERENTS INDICES DE VEGETATION A PARTIR DES IMAGES SATELLITAIRES

La télédétection est une technique permettant d’obtenir de l’information sur des objets en analysant des données collectées par des instruments n’étant pas en contact direct avec ces objets Chaque objet émet de l’énergie électromagnétique à cause de l’agitation des particules chargées qui sont présentes dans toute matière. Cette énergie est émise par les objets, mais elle peut aussi être transmise, absorbée et réfléchie par ces mêmes objets. Le soleil est une des principales sources naturelles d’énergie électromagnétique reçue sur terre, mais il existe aussi de nombreuses sources artificielles comme les lampes électriques, les fours à micro-ondes, les GSM, etc. Une petite partie du spectre électromagnétique revêt une importance toute particulière pour nous: celle qui correspond aux longueurs d’ondes de 0.4 µm à 0.7 µm (= lumière visible). Dans cet intervalle de fréquences, chacune des couleurs de l’arc-en-ciel correspond à une longueur d’onde particulière (bleu : ± 0.45 µm, vert ± 0.55 µm, rouge ±0.65 µm). En télédétection, les indices font parties des méthodes de traitement que l’on appelle les transformations multi spectrales. Ils consistent à convertir les luminances mesurées au niveau du capteur satellitaire en grandeurs ayant une signification dans le domaine de l’environnement. Basés sur le caractère multi spectral des données satellitaires, ils permettent de décrire l’état d’un phénomène. Un indice de végétation par exemple, peut rendre compte du stade de croissance végétale à un moment donné.  Dans la présent mémoire nous nous intéressons a l’extraction des indice à partir des images satellitaires de différents résolution. Le principe des indices consiste à relier entres-elles certaines caractéristiques de la végétation (teneur en eau, évapotranspiration, etc.) et les mesures radiométriques (valeurs de réflectance et éventuellement températures de brillance) acquises dans deux ou plusieurs bandes spectrales d’un capteur. Concrètement, il s’agit de réaliser des combinaisons (différence, rapport, etc.) linéaires ou non, de réflectances obtenues dans les différentes longueurs d’onde. Le calcul des indices s’appuie essentiellement sur les écarts de réflectance constatés dans les différentes bandes spectrales, ainsi que sur la variabilité des réflectances au sein d’une même bande spectrale, qui traduisent des surfaces de nature différente. Par conséquent, on utilise principalement les différences des propriétés optiques de la végétation dans le rouge et le proche infrarouge. Les réflectances dans le proche infrarouge augmentent avec la présence de la végétation (forte réflexion par le parenchyme lacuneux), tandis que celles dans le rouge diminuent (pic d’absorption de la chlorophylle).

Télédétection

La télédétection représente l’ensemble des techniques qui permettent, par l’acquisition d’images, d’obtenir de l’information sur la surface de la Terre sans contact direct avec celle-ci. La télédétection utilise les propriétés du rayonnement électromagnétique pour analyser à distance la surface du sol, de l’océan ou l’atmosphère , Une bonne connaissance de la physique élémentaire du rayonnement est indispensable à l’interprétation des résultats de la télédétection.

Historique de la Télédétection

◆ 1783 : Première ascension en ballon par les frères Montgolfier
◆ 1839 : Invention de la photographie (Daguerre)
◆ 1858 : Premières photos aériennes par Nadar
◆ 1957 : Entrée de la télédétection dans l’ère moderne avec le lancement de Spoutnik
◆ 1972 : lancement de Landsat (USA)
◆ 1986 : lancement de Spot 1 (France +Belgique et Suède

Objectif de la télédétection

La télédétection a pour objectif de fournir des informations sur les paysages sous la forme de données images en utilisant le rayonnement électromagnétique comme véhicule de ces informations.

LE RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE

Le rayonnement électromagnétique est une forme de propagation de l’énergie dans la nature, Cette énergie constituée d’ondes électromagnétique est considérée comme le vecteur porteur d’informations relatives a l’objet étudié.

Les vecteurs et les capteurs

Les vecteurs
Sont des objets artificiels placés en orbite autour de la terre pour les besoins de la télédétection, des communications et de la télémétrie. Grâce à leur orbite, les plates-formes spatiales permettent une couverture répétitive et continue de la surface de la terre. Le cout est souvent un facteur déterminant dans le choix des différentes plates-formes. Les vecteurs en télédétection sont deux types :

Les satellites géostationnaires
Un satellite géostationnaire est un satellite artificiel qui se trouve sur une orbite géostationnaire. Sur cette orbite le satellite se déplace de manière exactement synchrone avec la planète et reste constamment au-dessus du même point de la surface. Cette caractéristique est très utile pour les télécommunications (satellite de télécommunications) et certaines applications dans le domaine de l’observation de la planète.

Les satellites à défilements
Un satellite à défilement est un satellite qui… défile! C’est-à-dire qui ils sont en orbite basse et défilent rapidement (typiquement 1 h ou 1 h 30 pour faire le tour de la terre). Ce genre de satellite permet à toute personne équipée d’un téléphone adéquat et quel que soit l’endroit du monde ou elle est de se relier directement au satellite pour téléphoner. Cela nécessite beaucoup de satellites pour que toute la surface de la terre soit couverte et qu’il y ait au moins deux satellites visibles à chaque instant en tout point.

Les Capteurs
Un capteur, dans le domaine de la télédétection spatiale, est un instrument qui recueille de l’énergie radiative provenant de la scène visée et délivre un signal électrique correspondant et mesurable. Les équivalents en anglais sont : sensor, et transducteur. Par assimilation et bien qu’elle ne délivre pas de signal électrique, on considère la chambre photographique comme un capteur. Le terme  » capteur  » est parfois utilisé à tort pour désigner le détecteur. Les différentes types de capteurs utilisés dans le domaine de la télédétection spatiale, sont les suivants :
Capteur actif : capteur auquel est incorporé ou associé un émetteur qui irradie la scène dans la bande spectrale du récepteur. Le radar et le lidar (à rétrodiffusion) sont des exemples de capteurs actifs. L’équivalent en anglais est : active sensor.
Capteur passif : capteur qui reçoit une énergie émise sans que lui-même irradie la scène. Un appareil photographique sans flash est un capteur passif. L’équivalent en anglais est : passive sensor.

Image satellitaire 

Une image satellitaire est une représentation graphique, en vue de dessus, d’une zone assez vaste de la Terre. La particularité de cette image est quelle est prise par un satellite placé en orbite autour de la planète. Contrairement aux images obtenues à l’aide d’un appareil photo, ou dessinées sur du papier, une image satellitaire est une image numérique, traitée par outil informatique, élaborée à partir des signaux transmis par un satellite.

Codage des valeurs

Dans une image numérique en noir et blanc, chaque pixel a par exemple une valeur conventionnelle de 1 à 10. Les données peuvent être représentées comme une grille de valeurs, mais si on décide d’affecter une intensité de gris aux valeurs numériques (1 = noir, 10 = blanc), la grille de chiffres se transforme en image. Les ordinateurs sont prévus pour traiter de manière privilégiée des données numériques codées sur 8 bits. Celles-ci peuvent prendre les valeurs 0 à 255, c’est pourquoi les images numériques sont souvent codées sur 256 niveaux de luminosité, allant du noir (0) au blanc (255). Un gris moyen correspondra donc à une valeur de 127. En fait, l’œil humain n’est pas capable de discerner plus de quelques dizaines de valeurs de gris différents, et l’observateur ne percevra donc aucune discontinuité dans une image codée sur 256 niveaux de gris.

HISTOGRAMME

un histogramme peut être graphique ou numérique, il indique la fréquence de répétition d’une valeur radiométrique dans une image et donne l’allure générale sur la dynamique de l’image et sert a déterminer les seuils pour future étalement de la dynamique.

Conclusion générale

Les indices de végétation réduisent l’information spectrale contenue dans certaines gammes de longueur d’onde à une valeur unique qui représente une propriété ou une caractéristique particulière de la végétation. La plupart des indices combinent deux caractéristiques de la végétation : sa réflectance élevée dans le proche infrarouge (causée par la réfraction du rayonnement au niveau de la structure cellulaire des feuilles) et sa faible réflectance dans le rouge (causée par l’absorption chlorophyllienne).

Table des matières

Introduction générale
I.1 Introduction
I.2 Historique de la Télédétection
I.3 Objectif de la télédétection
I.4 Le Rayonnement Electromagnétique
I.5 Les vecteurs et les capteurs
I.5.1 Les vecteurs
a) Les satellites géostationnaires
b) Les satellites à défilements
I.5.2 Les Capteurs
I.6 Les étapes de la télédétection
I.7 Image numérique
I.8 Image satellitaire
I.9 Codage des valeurs
I.10 Histogramme
I.12 Resolution
a) Résolution spatiale
b) Résolution spectrale
c) Résolution temporelle
I.13 Traitements d’image
I.13.1 Composition colorées
I.13.2 Corrections géométriques
I.13.3 Corrections radiométriques
I.13.4 Etalement de la dynamique
I.13.5 Filtrage
I.13.6 Les Indices
I.14 Les Systemes de Télédétection
I.15 Les domaine d’application de la Télédétection
II.1 Introduction
II.2 Les principaux indices de végétation
II.2.1 Les indices simples
1) Indice de brillance(IB)
2) Indice de végétation par quotient (RVI)
3) Indice différentiel de végétation (DVI)
II.2.2 Les indices prenant en compte l’influence des sols
• Indice perpendiculaire de végétation (PVI)
• Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI)
II.2.3 Les indices prenant en compte les effets de l’atmosphère
• Atmospherically Resistant Vegetation Index (ARVI)
• Global Environmental Monitoring Index (GEMI)
II.2.4 Les indices prenant en compte les effets conjugués des sols
• Enhanced Vegetation Index (EVI)
III.2.5 Les indices prenant en compte la température de surface
• Temperature Vegetation Dryness Index (TDVI)
III.1 Introduction
III.2 Langage de programmation
III.3 Description de l’application
III.4 Menu «Fichier»
III.5 Menu «Indice»
III.6 Bandes spectrales utilisées
III.7 Données
III.8 Composition colorés
III.9 Résultats
III.10 Discussion
III.11 Conclusion
Conclusion générale

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