Distorsion géométrique des images

Plusieurs formes de distorsion géométrique sont possibles. Toutes les images obtenues par télédétection affichent, au départ, une ou plusieurs formes de distorsion géométrique, peu importe quelles aient été obtenues à partir d'un balayeur multispectral à bord d'un satellite, d'un système photographique à bord d'un avion ou à partir de toute autre plate-forme. Ce problème est inhérent à la télédétection puisque celle-ci tente généralement de représenter des données prises à la surface de la Terre (en trois dimensions) sur une image bidimensionnelle. Les formes de distorsion géométrique dont peut souffrir une image dépendent de la façon dont les données ont été acquises. Voici une liste de quelques facteurs pouvant influencer la distorsion géométrique :

• l'effet de perspective de l'optique du capteur
• le mouvement du système de balayage
• le mouvement et la stabilité de la plate-forme
• l'altitude, la vitesse et le comportement de la plate-forme
• le relief à la surface
• la courbure de la Terre et sa rotation.

Les systèmes à découpage, comme les appareils photographiques, fournissent une image instantanée de la portion de la surface se trouvant directement sous l'appareil. La principale distorsion pour les photos aériennes verticales prend la forme d'un déplacement du relief. Pour les objets directement sous le centre de la lentille (c.-à-d. au point nadir), seul le sommet de l'objet sera visible, alors que pour tous les autres objets dans la photo, un côté est visible en plus du sommet, ce qui donne l'impression que ces objets s'allongent vers les bords de l'image. Plus l'objet est haut ou plus il est loin du centre, plus la distorsion est grande et plus la position de l'objet est erronée.

La géométrie des systèmes à balayage parallèle à la trajectoire est semblable à celle des systèmes de photographie aérienne puisque, pour chaque ligne balayée, chaque détecteur prend une image instantanée de chacune des cellules de résolution au sol. Certaines variations géométriques entre les lignes balayées peuvent être causées par les variations dans l'altitude et le comportement de la plate-forme le long de sa trajectoire.

Les images provenant d'un système à balayage perpendiculaire à la trajectoire sont sujettes à deux types de distorsions géométriques. Premièrement, elles sont sujettes aux déplacements du relief (A) de la même façon que les photos aériennes, mais seulement dans la direction parallèle à celle du balayage. Ce type de distorsion n'est pas présent au nadir, mais au fur et à mesure que le balayage s'effectue perpendiculairement à la trajectoire, le sommet et le côté des objets détectés semblent s'allonger en s'éloignant du point nadir pour chaque ligne de balayage. L'autre type de distorsion de ces images (B) est causé par la rotation du système de balayage. Au cours du balayage, la distance entre le capteur et la surface augmente de plus en plus en s'éloignant du centre du couloir-couvert. Même si le miroir permettant le balayage tourne à une vitesse constante, le CVI du capteur se déplace plus rapidement par rapport à la surface et capte une région plus grande lorsqu'il se déplace près des bords de l'image. Cet effet produit une compression des caractéristiques de l'image pour les points éloignés du nadir et s'appelle distorsion tangentielle d'échelle.

Toutes les images sont sujettes aux distorsions géométriques causées par les variations dans la stabilité de la plate-forme pendant la prise des données, incluant des variations de vitesse, d'altitude, de comportement (l'orientation angulaire par rapport au sol). Ces effets sont plus prononcés lorsque les données proviennent de plates-formes aériennes que lorsqu'elles proviennent de plates-formes spatiales, puisque la trajectoire des plates-formes spatiales est relativement stable, particulièrement en ce qui a trait à leur altitude. Cependant, la rotation d'est en ouest de la Terre durant l'orbite du capteur à balayage cause, à chaque balayage, un léger déplacement vers l'ouest de la zone observée. L'image qui en résulte présente une forme de distorsion appelée distorsion oblique. Ce type de distorsion est typique lorsque les images proviennent d'un capteur multispectral monté sur un satellite.

Les causes de distorsions géométriques et des erreurs de positionnement changent d'une situation à l'autre, mais ces distorsions sont inhérentes aux images obtenues par télédétection. Dans la plupart des cas, il est possible d'enlever ou du moins, de réduire les erreurs engendrées par la distorsion, mais ces erreurs doivent toujours être prises en considération avant d'extraire toute information de ces images.

Nous en savons maintenant un peu plus sur les caractéristiques des plates-formes et des capteurs. La prochaine section présente certains capteurs spécifiques, principalement sur plate-forme spatiale, qui utilisent la radiation visible et l'infrarouge.

Le saviez-vous?

« ...à la recherche de sources thermiques vivantes, capitaine... »

...Quelques systèmes de balayage à capteurs thermiques regardent la surface de façon oblique, comme c'est le cas pour certaines photos aériennes. Ces systèmes à balayage frontal fonctionnant dans l'infrarouge (FLIR) sont incorporés à un aéronef et pointent dans la direction du vol. Les systèmes FLIR produisent des images similaires aux photos aériennes latérales et sont utilisés dans des domaines variés, allant de la détection des feux de forêts à certaines applications de la loi.

...Plusieurs distorsions systématiques (ou prévisibles) peuvent être prises en considération immédiatement, c'est-à-dire lors de l'acquisition des données. Par exemple, la distorsion oblique qui apparaît avec les balayeurs perpendiculaires à la trajectoire. Cette distorsion est causée par la rotation de la Terre et peut être facilement calculée et corrigée. D'autres variations causant de la distorsion sont beaucoup plus difficiles à prévoir et nécessitent une correction géométrique faite par ordinateur après l'acquisition des données. Ce sujet sera traité au chapitre 4.

Question éclair

Pour faire la cartographie d'une région montagneuse en limitant la distorsion géométrique, serait-il préférable d'utiliser un système à bord d'un avion ou à bord d'un satellite?
La réponse est...

Question éclair - réponse

Même si un système de balayage à bord d'un avion peut avoir une bonne précision géométrique, un système à bord d'un satellite serait préférable dans les régions montagneuses. Avec un système aéroporté, la distorsion géométrique causée par le déplacement du relief serait beaucoup plus importante à cause de la faible altitude de l'avion par rapport aux grandes variations dans le relief. De plus, avec la même illumination solaire, les ombres causées par le relief auraient un plus grand impact négatif avec un système aéroporté, en raison du plus petit champ de vision de ce système. Il serait presque impossible de faire la cartographie des zones ombragées avec ce système.