Soutenance mémoire
Généralités sur le satellite et l’image SPOT 5
L’image utilisée est acquise par le satellite SPOT 5. Il diffère des précédents satellites SPOT par une meilleure résolution de prise de vue des capteurs haute résolution visible et proche infrarouge puisque les deux instruments jumeaux acquièrent des images avec une résolution de 10 m . Les deux instruments HRG (Haute Résolution Géométrique) sont dérivés du capteur HRVIR (Haute Résolution Visible et Infra-Rouge) de SPOT 4. Les bandes spectrales sont identiques, mais la résolution spatiale est meilleure (10 m) dans les trois bandes XS1, XS2 et XS3.
L’instrument Végétation, réalisé par Aerospatiale dans l’établissement de Cannes, est constitué d’un système imageur fonctionnant dans les 4 bandes spectrales. Il utilise des optiques télécentriques assurant une résolution spatiale de l’ordre de 1 km pour une couverture au sol de 2 250 km de large et une répétitivité quotidienne aux latitudes tempérées. L’instrument HRS (Haute Résolution Spatiale) offre une visée simultanée 20° vers l’avant du satellite et 20° vers l’arrière, dans une bande spectrale panchromatique, ce qui permet de réaliser des couples stéréoscopiques.
Données recueillies sur terrain
De nombreuses applications de la télédétection s’appuient en partie sur l’acquisition d’un minimum de données sur le terrain. Des photos, des levés de localisation (coordonnées prise par un GPS), des levés d’éléments structuraux (direction, pendage, foliation, schistosité,…) sont prise lors de la mission de terrain.
Signatures spectrales
Les signatures spectrales utilisées sont celles de la librairie spectrale de John Hopkins University. Elles sont obtenues après avoir fait une demande auprès de John Hopkins University. Les coordonnées (les réflectances et les longueurs d’ondes) des signatures spectrales sont fournies en base de données. Ces signatures nous servent de modèle pour les roches trouvant sur la zone d’étude.
METHODOLOGIE
La méthodologie parle des matériels et de la méthode utilisée dans ce travail. Tout travail de télédétection et de traitement d’images nécessite un minimum de préparatifs et de travaux de terrain. La méthode se déroule en premier par des préparatifs puis de travail de bureau consacré sur le traitement d’image, ensuite par de la descente sur terrain et enfin par du travail au bureau pour la mise en nette et la confection finale des cartes thématiques .
Préparatifs
Les préparatifs faits dans ce travail sont :
➤ Recueil des données utilisées : carte topographique de la feuille O47-P47 au 1 : 100 000, carte géologique de la feuille O47-P47 au 1 : 100 000 auprès de la Service géologique d’Antananarivo ;
➤ Numérisation des cartes à cause de leur ancienneté : cela facilite la superposition et la comparaison avec la nouvelle carte dans un SIG ;
➤ Documentation sur la géologie de la zone d’étude et la méthodologie de traitement d’image adoptée ;
➤ Acquisition de l’image satellite auprès de l’Institut Observatoire de Géophysique d’Antananarivo ;
➤ Et acquisition des signatures spectrales des roches susceptibles de trouver sur la zone d’étude auprès de John Hopkins University.
Travail sur terrain
Les sites visités sont choisis après le traitement d’images. L’échantillonnage de classe se fait par la vérification de la lithologie de la carte antérieure et par la reconnaissance des classes non reconnus sur les images.
Des différentes failles et structures géologiques ont été mesuré et observer aussi sur le terrain. Ce travail de terrain est accompli avec des matériels classique de terrain (boussole, marteau, loupe, GPS, appareil photo).
Travail au bureau
Le principe du travail au bureau consiste aux différents traitements d’images et l’intégration de ces résultats en bases de données sous forme de couche SIG. Le logiciel de SIG permet de réaliser des cartes thématiques au 1 : 50 000 du site étudié.
TRAITEMENTS D’IMAGES ET SIG
La méthode de traitement d’image adoptée dans ce travail déroule suivant les étapes qui suivent :
➤ Découpage de la zone d’étude : extraction dans la scène de l’image entre les quatres coins de la zone d’étude.
➤ Filtrage de la première composantes principales : c’est une technique visant à éliminer le bruit contenu dans les données, le bruit étant défini comme toute donnée non utile qui masque l’information.
➤ Traitement par analyse en composantes principales également connue sous le nom de transformée de Karhunen-Loève est une méthode d’analyse des données multidimensionnelles basée sur le changement du référentiel des variables brutes (canaux de télédétection) dans un nouveau référentiel de variables synthétiques (les composantes principales).
➤ Traitement par fusion d’image : il s’agit de combiner une image en composition colorée avec une image panchromatique.
➤ Traitement par composition colorée ou affichage en fausses couleurs : elle consiste à attribuer trois plans de couleur aux combinaisons trichromiques de canaux.
➤ Traitement par la transformation de réduction de bruits minimale : ce procédé de réduction de dimension identifie les combinaisons linéaires des bandes originales de l’image qui maximisent non plus la variance mais le rapport signal sur bruit.
➤ Ratio : c’est l’opération de division des comptes numériques (représentation numérique de la luminosité de chaque pixel) ou DN (Digital Number) des pixels d’une bande spectrale par les DN des pixels correspondant d’une autre bande spectrale.
Analyses en Composantes Principales
Le principe de l’ACP se fait en trois étapes :
➤ Calcul de la matrice de variance-covariance (ou matrice de corrélation) des données (valeurs radiométriques dans les différents canaux).
➤ Calcul des valeurs propres de cette matrice.
➤ Classification des valeurs propres par ordre décroissant. La valeur propre la plus élevée génère un vecteur propre qui va exprimer le plus d’inertie du nuage. Le deuxième exprime la plus grande part de l’inertie restante.
Aucune règle générale de décision n’étant définie, l’utilisateur est libre de conserver les composantes souhaitées en fonction de critères propres à son étude. Vu leur bonne qualité, et le fait qu’elles contiennent souvent plus de 90% de l’information contenue dans bandes, la composition colorée (ACP1, ACP2, ACP3) a été choisi [9] [4]. L’ACP permet : de réduire le nombre de canaux à afficher. Il est impossible d’associer XS1, XS2, XS3 et NDVI dans une combinaison trichromique, alors il devient possible de le faire avec la combinaison ACP1, ACP2, NDVI ; de travailler à partir de bandes décorrélées assurant l’absence de redondance entre les données. Soit Xi(t), i = 1,…p les données de réflectance associées au pixel t pour p bandes spectrales. La valeur de réflectance Xi(t) d’un pixel t pour la bande spectrale i est par hypothèse corrélée à la valeur de réflectance Xj(t) pour la bande spectrale j, j≠ i.s Sous forme matricielle, on considère la matrice X (X ∈ R n, p) représentant les données de réflectance à l’ensemble des pixels n. Chaque vecteur colonne de la matrice X contient les n données de réflectance associées à une longueur d’onde λp. Les p vecteurs sont par hypothèse corrélés. On cherche alors à projeter la matrice de données originelles X dans un nouvel espace de façon à obtenir p nouvelles composantes décorrélées. On cherche pour cela la transformation linéaire qui associe la matrice Y (Y ∈ R n, p) contenant les composantes décorrélées, à la matrice X :
Y = XV .
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I. LOCALISATION ET GEOLOGIE DE LA ZONE D’ETUDE
I.1. Localisation
I.2. Géologie régionale de la feuille O47 et P47
CHAPITRE II. DONNEES UTILISEES
II.1. Image satellite
II.1.1. Généralités sur le satellite et l’image SPOT 5
II.1.2. Localisation de la scène de l’image
II.2. Carte topographique au 1 : 100 000
II.3. Données recueillies sur terrain
II.4. Signatures spectrales
CHAPITRE III. METHODOLOGIE
III.1. Préparatifs
III.2. Travail sur terrain
III.3. Travail au bureau
CHAPITRE IV. TRAITEMENTS D’IMAGES ET SIG
IV.1. Analyses en Composantes Principales
IV.2. Filtrage
IV.3. Fusion d’image
IV.4. La composition colorée
IV.5. Ratio
IV.6. Transformation en fraction de bruit minimale
IV.7. Élaboration d’une carte dans un système d’information géographique
CHAPITRE V. RESULTATS
V.1. Résultats intermédiaires
V.1.1. Résultat par filtrage
V.1.2. Résultats par compositions colorées
V.1.3. Résultats par ratio
V.1.4. Résultat de l’analyse en composantes principales
V.1.5. Résultat par la transformation en fraction de bruits minimale
V.1.6. Résultats du traitement par fusion d’image en utilisant le TSV
V.2. Résultats proprement dit
V.2.1. Liste des couches SIG
V.2.2. Carte thématique
CHAPITRE VI. INTERPRETATIONS DES IMAGES
VI.1. Interprétation de l’image obtenue par filtrage
VI.2. Interprétations des images obtenues par compostions colorées
VI.2.1. Composition colorée XS4, XS2, XS1 (RGB) d’une image SPOT 5
VI.2.2. Composition colorée XS1/XS4, XS2/XS3, XS1 (RGB) d’une image SPOT 5 et composition colorée XS4/XS2, XS2/XS3, XS1 (RGB) d’une image SPOT 5
VI.2.3. Composition colorée ACP1, ACP2, ACP3 (RGB) d’une image SPOT 5
VI.2.4. Composition colorée MNF3, MNF4, MNF2 (RGB) d’une image SPOT 5
VI.3. Interprétations des images obtenues par fusion d’images
VI.3.1. Fusion d’image de la composition colorée XS4/XS2, XS2/XS3, XS1 (RGB) et de la bande panchromatique d’une image SPOT 5 et fusion d’image de la composition colorée MNF3 MNF4 MNF2 et de la bande panchromatique d’une image SPOT 5
VI.4. Tableau comparatifs des résultats du traitement d’image
CHAPITRE VII. INTERPRETATION DE LA CARTE GEOLOGIQUE DE VONTOVORONA AU 1 : 50 000
VII.1. Le réseau hydrographique
VII.2. Les foliations
VII.3. La tectonique et les linéaments
VII.4. La lithologie
CHAPITRE VIII. DISCUSSION
VIII.1. Comparaison de la carte géologique de Vontovorona à 1 : 50 000 par rapport à l’extrait de la carte géologique de la feuille O47 et P47 à 1 : 100 000
VIII.2. Avantages de la méthodologie
VIII.3. Inconvénients et limites de la méthodologie
VIII.4. Comparaison du coût et de la durée de la cartographie par traitement d’image avec la cartographie classique
VIII.5. Proposition
CONCLUSION
