Résolution spatiale, espacement des pixels et échelle

Pour certains instruments de télédétection, la distance entre la cible observée et la plate-forme joue un rôle important puisqu'elle détermine la grandeur de la région observée et le détail qu'il sera possible d'obtenir. Un capteur placé sur une plate-forme éloignée de la cible pourra observer une plus grande région, mais ne sera pas en mesure de fournir beaucoup de détails. Par exemple, pensez à ce que voit un astronaute à bord de la navette spatiale lorsqu'il regarde la Terre par rapport à ce que vous pouvez observer à bord d'un avion. L'astronaute pourra voir une province entière d'un seul coup d'oeil mais ne pourra pas distinguer les maisons. Lors d'un vol en avion au-dessus d'une ville, il est possible de voir des édifices et des automobiles, mais la région observée est beaucoup plus petite que celle vue par l'astronaute. Il y a une différence semblable, quoique moins marquée, entre les images satellitaires et les photographies aériennes.

Le détail qu'il est possible de discerner sur une image dépend de la résolution spatiale du capteur utilisé. La résolution spatiale est fonction de la dimension du plus petit élément qu'il est possible de détecter. La résolution spatiale d'un capteur passif (nous regarderons plus loin le cas spécial des capteurs actifs) dépend principalement de son champ de vision instantanée (CVI). Le CVI est défini comme étant le cône visible du capteur (A) et détermine l'aire de la surface "visible" à une altitude donnée et à un moment précis (B). La grandeur de cette aire est obtenue en multipliant le CVI par la distance de la surface au capteur (C). Cette aire est appelée la superficie de résolution ou cellule de résolution et constitue une étape critique pour la détermination de la résolution spatiale maximale du capteur. Pour pouvoir différencier un élément de la surface observée, l'élément en question doit être de dimension égale ou supérieure à la cellule de résolution. Si l'élément est plus petit, il ne sera généralement pas différencié puisque c'est l'énergie moyenne des éléments de la cellule de résolution qui sera captée. Cependant, dans certaines conditions, un élément plus petit peut être détecté si sa réflexivité domine celle des autres éléments présents dans la cellule de résolution. On parle alors de détection plus fine que la résolution.

Comme nous l'avons mentionné au chapitre 1, les images de télédétection sont composées d'une matrice d'éléments appelés pixels. Le pixel est le plus petit élément d'une image. Il est normalement carré et représente une partie de l'image. Il est cependant important de faire la distinction entre l'espacement des pixels et la résolution spatiale. Si un capteur a une résolution spatiale de 20 mètres et qu'il est possible de charger à l'écran une image provenant de ce capteur avec la pleine résolution, chaque pixel à l'écran représentera une superficie correspondant à 20 m sur 20 m au sol. Dans ce cas, la résolution et l'espacement des pixels sont identiques. Par contre, il est possible d'afficher la même image avec un espacement des pixels qui soit différent de la résolution. Sur de nombreuses affiches montrant des images de la Terre prises à partir d'un satellite, on combine plusieurs pixels en les moyennant, mais ceci ne modifie en rien la résolution spatiale du capteur utilisé.

Les images sur lesquelles seuls les grands éléments sont visibles ont une résolution "grossière" ou "basse". Les images à résolution fine ou élevée permettent l'identification d'éléments de plus petites dimensions. Les capteurs utilisés par les militaires par exemple, sont conçus pour obtenir le plus de détails possible. Ils ont donc une résolution très fine. Les satellites commerciaux ont une résolution qui varie de quelques mètres à plusieurs kilomètres. De façon générale, plus la résolution augmente, plus la superficie de la surface visible par le capteur diminue.

Le rapport entre la distance que l'on mesure sur une image ou une carte, et la distance correspondante au sol est appelée échelle. Une carte ayant une échelle de 1:100 000 représente un objet au sol de 100 000 cm (1 km) par un objet de 1 cm. Les cartes pour lesquelles le rapport est petit (1:100 000) sont des cartes à petite échelle, tandis que les cartes pour lesquelles ce rapport est plus grand (1:5 000) sont des cartes à grande échelle.

Le saviez-vous?

Si le champ de vue instantané de tous les pixels d'un balayeur est constant (ce qui se produit fréquemment), les pixels au nadir auront une échelle plus grande que les pixels situés en périphérie, ce qui signifie que la résolution spatiale de l'image variera de centre à la bordure de l'image.

Question éclair

1. Regardez attentivement les détails de ces deux images. Laquelle a la plus petite échelle ? Quels indices avez-vous utilisés? Quelle est la plate-forme la plus probable à partir de laquelle l'image ayant la plus petite échelle a été obtenue?
La réponse est...

2. Pour effectuer la surveillance de la santé générale du couvert végétal dans les provinces des prairies canadiennes sur une de durée de plusieurs mois, quel type de plate-forme et de capteur (en termes de résolution spatiale, spectrale et temporelle) serait le meilleur choix et pourquoi?
La réponse est...

Question éclair - réponse

1 : L'image de gauche provient d'un satellite, tandis que l'image de droite est une photographie prise à partir d'un avion. La superficie totale couverte par l'image de droite est aussi couverte dans l'image de gauche, quoiqu'il soit difficile de le remarquer étant donné la grande différence entre les échelles des deux images. Il est possible d'identifier des objets assez petits dans l'image de droite (ex. : des édifices). Ces éléments ne sont pas visibles dans l'image de gauche. Les caractéristiques identifiables dans l'image de gauche sont plutôt des rues, des rivières, des ponts. Comme les caractéristiques sont plus grandes dans l'image de droite, on peut conclure que cette image est à une échelle plus grande. Une certaine distance sur cette image représente une distance moins grande au sol que pour l'autre image. L'image de droite est une photo aérienne des édifices du parlement canadien à Ottawa, tandis que l'image de gauche est une image satellitaire de la ville d'Ottawa.

2 : Pour effectuer la surveillance de la santé générale du couvert végétal dans les provinces des prairies canadiennes sur une de durée de plusieurs mois, quel type de plate-forme et de capteur (en termes de résolution spatiale, spectrale et temporelle) serait le meilleur choix et pourquoi?