CHAPITRE 1 LES IMAGES SATELLITAIRES ET LA GESTION DE
1.1 Les types d’images et de données utilisées en télédétection
1.1.4 Les images RADAR
Les images RADAR constituent une autre source de données qui sont d’usage courant en télédétection. Le concept est essentiellement le même que pour toutes les applications utilisant le RADAR. Une source émet un train d’impulsions continu ayant une longueur d’onde définie vers une cible. En fonction du type de matériel et de la géométrie de la surface de la cible, une certaine portion du signal incident sera retournée vers la source par rétrodiffusion. Ce signal est capté et des valeurs sont calculées à partir de ce dernier qui permettent de caractériser ce qui a été rencontré en chemin.
Les variables qui sont obtenues de ces capteurs expriment : la force du signal retourné, la phase de ce dernier et le temps de parcours aller-retour entre l’émission et la réception du train d’impulsions. De ces informations on peut déduire le type de surface réflective rencontrée, la géométrie de cette cible (qui peut être caractérisée dans certaines situations par les rebondissements qui provoquent des changements de phase du signal), ainsi que la distance séparant la cible de la source. Cette distance est mesurée à l’aide du temps de retour du signal en fonction de la vitesse de propagation de l’onde dans un milieu fluide. Nous parlons bien sûr de l’atmosphère dans cette situation, mais la technique d’estimation de la
5 Images Quickbird panchromatique et multispectrale ainsi que l’image rehaussée par fusion des deux source,
distance reliée à ce type de signal est analogue à celle de l’écholocalisation qu’utilisent les chauves-souris et les cétacés et qui est la base conceptuelle du SONAR6.
Les images RADAR ont un détail particulier qui les différencie des images optiques en ce qui concerne leur représentation visuelle résultante. Tandis que les images optiques sont essentiellement lisses, du point de vue de la transition entre les valeurs des variables au niveau du voisinage d’un pixel, les images RADAR sont affectées par un chatoiement qui est inhérent à la technique de transmission du signal et à sa rétrodiffusion. Nous pouvons constater ce phénomène sur la Figure 1.4 ainsi que la différence entre les images RADAR et optique en comparant cette image à celle d’Haïti de la Figure 1.2.
Figure 1.4 Image RADAR à synthèse d'ouverture de la région Gonaïves d’Haïti7
6http://fr.wikipedia.org/wiki/Sonar consulté le 4 octobre 2012.
7 Image Radarsat-1 prise le 13 juin 1999 en mode standard-5 obtenue de http://www.asc- csa.gc.ca/fra/satellites/radarsat1/image-vedette/vedette-amerique-du-nord.asp le 15 juin 2013.
Plusieurs différentes longueurs d’onde sont utilisées par ce type d’imageur. Celles qui sont le plus utilisées vont de 1 à 10 GHz. Les longueurs d’onde utilisées n’ont cependant pas toutes la même utilité, car, en fonction de différentes conditions d’utilisation, il peut arriver que ce qui est ciblé ne puisse être atteint par l’onde émise. Ceci provient du fait que plus la longueur d’onde utilisée est courte, moins elle aura la capacité de pénétrer le sol ou le feuillage d’arbres par exemple (Nicolas, 2008-2009). Le Tableau 1.2 donne le détail des longueurs d’onde usuelles qui sont utilisées en imagerie RADAR.
Tableau 1.2 Longueurs d'onde usuelles en imagerie RADAR
Bande Fréquence Longueur d’onde en cm
P 0,225 à 0,390 GHz 133 à 76,9 L 0,390 à 1,55 GHz 76,9 à 19,3 S 1,55 à 4,20 GHz 19,3 à 7,1 C 4,20 à 5,75 GHz 7,1 à 5,2 X 5,75 à 10,90 GHz 5,2 à 2,7 Ku 10,90 à 22,0 GHz 2,7 à 1,36 Ka 22,0 à 36,0 GHz 1,36 à 0,83
Les imageurs RADAR offrent, tout comme les imageurs optiques, de nombreuses résolutions ainsi que différents modes d’acquisitions. Nous pouvons aussi utiliser différents modes de polarisation du signal pour faire ressortir différents types d’information. Les types de polarisations utilisées sont : horizontale/horizontale (HH), verticale/verticale (VV), horizontale/verticale (HV) et verticale/horizontale (VH). Il est aussi possible dans certains cas d’utiliser une polarisation circulaire. Ces modes d’acquisition permettent entre autres d’obtenir de nombreuses représentations d’une même cible en jouant avec la configuration du signal et de son traitement.
La Figure 1.5 est une image de la ville de San Francisco composée de trois images ayant des polarisations différentes, des bandes C et L, qui ont été prises de la navette spatiale
Endeavour à l’aide d’un imageur RADAR à synthèse d’ouverture. La composante rouge de cette image est l’image RADAR en polarisation HH de la bande L, la composante verte est de polarisation HV de la même bande et la composante bleue provient de la polarisation HV de la bande C. Nous remarquons que chacune de ces combinaisons de bande et de mode de polarisation permet de capturer différents aspects d’une même scène tout comme les différentes portions du spectre lumineux visible dans le cas des images multispectrales.
Figure 1.5 Image composite RADAR de la ville de San Francisco
Les imageurs RADAR ont, tout comme les imageurs passifs, une grande diversité de modes d’acquisition, de configuration de capteur et, comme nous venons de le souligner, de polarisations différentes. Comme les satellites optiques, certains satellites imageurs RADAR sont conçus de manière à permettre l’acquisition simultanée d’images de points de vue légèrement différents. Comme c’est le cas pour les paires d’images optiques, ces images peuvent être utilisées pour créer des modèles d’élévation de terrain et/ou pour aider à la correction de déformations géométriques provenant des effets de perspectives reliées aux angles de visée ainsi qu’aux déformations locales de la croute terrestre. Alternativement, deux satellites complémentaires se suivant de près sur la même trajectoire orbitale sont utilisés pour effectuer la saisie des images. Cette configuration est ce que réalise le tandem de satellites TanDEM-X qui est en orbite à l’heure actuelle et qui relève de l’agence spatiale allemande, le DLR.
Ces tandems d’images RADAR peuvent aussi être utilisés pour créer des modèles interférométriques qui permettent d’obtenir des niveaux de précision dimensionnelle considérablement plus élevés que ce qui est possible avec d’autres types d’images.
En fonction des différentes configurations des modes d’acquisition disponibles avec certains de ces satellites, il est possible de créer des images monovues, qui sont un genre de cliché instantané d’une zone circonscrite par le champ de vision de l’appareil, et multi-vues, qui sont réalisées en effectuant le calcul de la moyenne de la portion intensité du signal de plusieurs prises de vues séquentielles (Nicolas 2009). Ces images multivues ont une résolution moins grande que les images monovues, mais l’utilisation de la moyenne de plusieurs images permet de diluer l’effet de chatoiement, mentionné plus tôt, et de rendre le traitement de ces images plus simple.
Les satellites imageurs RADAR qui sont en fonction à l’heure actuelle offrent différentes combinaisons des éléments que nous venons d’énoncer.