Le capteur CASI

En 1989, ITRES Researches (Calgary/Canada) a produit un syst`eme d’imagerie `a spectrom`etre appel´e Compact Airborne Spectroscopy Imager. CASI est le premier imageur `a spectrom`etre commercial. Ce capteur hyperspectral enregistre une gamme spectrale dans les longueurs d’ondes visible et infrarouge, en utilisant un syst`eme d’imagerie num´erique `a balayage push broom. La gamme spectrale couverte par les 288 canaux varie entre 0.4 et 0.9 µm. Cette largeur de gamme est faible, et elle ex- clut les fenˆetres atmosph´eriques. L’ITERS a appliqu´e une strat´egie particuli`ere pour convrir une largeur de bande plus grande. Elle con¸coit et fabrique diff´erents capteurs fonctionnant dans diff´erentes r´egions spectrales. Par exemple, en plus du CASI, elle produit le capteur SWIR fonctionnant dans la r´egion spectrale de 0.9 `a 2.5 µm [ITRES]. Chaque bande spectrale du capteur CASI couvre une gamme de longueur d’onde de 18 nm. Tandis que la r´esolution spatiale d´epend de l’altitude de l’avion, les largeurs des

Capteur Nom Op´erateur/ Pays Bandes Gam. Spect. (µm) R´esolution Spatiale (m) HYPERION EO-1 NASA Goddard USA 220 0.4 - 2.5 30 FTHSI MightySatII Air Force Research Lab USA 256 0.475 - 1.05 30

Orbview-4 Airforce Warfighter-1

Air Force Research Lab USA 200 0.4 - 2.5 8 SSTI HSI Small Satellite Technology Initiative Hyperspectral Imager TRW Inc. NASA USA 384 0.4 - 2.5 30

NEMO Naval Earth

Map Observer

Office of Naval Research

USA

220 0.4 - 2.5 30/60

Tab. 2.2 – Les capteurs hyperspectraux spatiaux

bandes spectrales sont programmables pour r´epondre aux caract´eristiques et aux exi- gences de l’utilisateur. Les capteurs hyperspectraux de ce type peuvent ˆetre des sources importantes d’informations sur les caract´eristiques d’absorption et de r´eflexion d’un objet sp´ecifique, en fournissant une signature spectrale. L’exp´erimentation avec CASI et d’autres spectrom`etres a´eroport´es d’imagerie facilite le d´eveloppement des syst`emes hyperspectraux pour les capteurs spatioport´es avanc´es. CASI existe comme produit commercial depuis 1989. D`es son introduction, le syst`eme a ´et´e utilis´e dans le monde entier par les agences gouvernementales, les instituts ´educatifs, les compagnies priv´ees, les agences internationales de l’espace et les organismes militaires, [ITRES].

Une nouvelle conception de ce syst`eme a amen´e au d´eveloppement d’un instrument de deuxi`eme g´en´eration, le CASI 2. Il s’agit d’un imageur spectrographe push broom bas´e sur la technologie CCD, destin´e `a l’acquisition des images hyperspectrales dans les r´egions visible et proche-infrarouge. Comme CASI 1, CASI 2 combine certaines caract´eristiques de photographie a´erienne et de l’imagerie satellitaire avec le potentiel analytique d’un spectrom`etre. Le capteur CASI 2 est maintenant enti`erement ´evalu´e et il est disponible dans le commerce. L’ITRES emploie actuellement le CASI 2 pour conduire ses recherches et ses missions dans le monde entier dans les domaines de l’agriculture, de la surveillance de l’environnement, de la sylviculture, de l’´evaluation de qualit´e de l’eau, et des applications `a vis´ee militaire. R´ecemment, la troisi`eme g´en´eration du capteur CASI a ´et´e rendue op´erationnelle. Ce nouveau capteur pr´esente des am´eliorations techniques par rapport `a CASI 2 [ITRES].

2.6 Les capteurs d’imagerie en t´el´ed´etection

Les principes fondamentaux du CASI ; CASI offre un mode multispectral (bandes programmables) et un mode d’acquisition des donn´ees hyperspectrales. CASI produit des images g´eor´ef´erenc´ees dans l’objectif du recalage d’images, pour la pro- duction d’images-cartes et de produits `a valeur-ajout´ee pour les SIG. CASI fonctionne sur une gamme spectrale de 545 nm, entre 400 et 1000 nm, et a un champ visuel de 37.8 degr´es. CASI 2 est un capteur de t´el´ed´etection `a haute r´esolution spatiale et spec- trale. La r´esolution spatiale peut varier du sub-m´etrique `a 10 m`etres selon l’altitude de l’avion [ITRES]. CASI 2 peut ˆetre programm´e pour fonctionner dans deux modes op´erationnels : 1) Le mode spatial, 2) Le mode hyperspectral.

Le syst`eme spectrographique optique de CASI enregistre une ligne, sur un axe d’une matrice bidimensionnelle de d´etecteurs. L’image de cette ligne se disperse le long de l’autre axe du CCDs (l’axe spectral de matrice), cr´eant un spectre complet pour chaque point de la ligne. Grˆace au mouvement du porteur, les lignes cons´ecutives sur le passage du capteur sont acquises pour la formation d’une image de sc`ene `a r´esolution spectrale ´elev´ee. Puisque tous les pixels d’une ligne sont expos´es simultan´ement, les co-enregistrements spatial et spectral sont automatiquement fournis (voir FIG.2.9).

Les avantages ; D’apr`es le fabricant, le capteur CASI 2 poss`ede un certain nombre d’avantages par rapport `a d’autres technologies pour obtenir des informations sur la Terre et ses ressources [ITRES]. Par exemple :

1. La flexibilit´e de choix de la r´esolution spatiale grˆace au porteur a´eroport´e. 2. La flexibilit´e de choix de la r´esolution spectrale (le nombre et la largeur des

canaux spectraux) grˆace `a la technologie sp´ecifique du syst`eme opto´electronique. 3. Une r´esolution radiom´etrique assez ´elev´ee.

4. Le syst`eme est calibr´e.

5. La possibilit´e de corrections g´eom´etriques par les syst`emes GPS/INS.

Par rapport `a d’autres capteurs hyperspectraux, les caract´eristiques du capteur CASI n’ont pas ´et´e ´etudi´ees et ´evalu´ees en profondeur par les chercheurs. Par exemple, un nombre limit´e de travaux de recherche ont ´et´e r´ealis´es pour ´evaluer le capteur et ses donn´ees, e.g. calibration radiom´etriques, correction g´eom´etrique, etc. [Riedmann et Rollin], [Riedmann], [Milton et al.] et [Keller et Fischer, 1998].

Utilisations des donn´ees de CASI ; Traditionnellement, le capteur a ´et´e em- ploy´e pour identifier et cartographier les ph´enom`enes g´eologiques, tel que les d´epˆots min´eraux [ITRES]. Cependant, les donn´ees IHS de CASI ont ´et´e utilis´ees dans autres applications par [Ruiliang et al., 2004], [Brad et al., 1997], [Arkun, 2002], [Arkun et al., 2001], [Hubert-Moy et al., 2002] et [Lennon, 2002]. Certaines de ces applications incluent :