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Techniques d'acquisition d'images

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Vidéo 1

Bonjour tout le monde et bienvenue à un nouveau sujet qui est différentes techniques d'acquisition d'images de ce cours de télédétection de l'essentiel. Donc, dans cette discussion particulière et nous allons considérer différentes techniques d'acquisition d'images de la façon dont les images sont nécessaires, ce que vous savez, vous savez très peu à l'intérieur, pas vraiment une partie électronique, mais différents types de capteurs, et dont nous discuterons.
Et vous connaissez les images numériques les plus familières de l'image instantanée prises par une caméra numérique ou un appareil portable portable, une caméra à main et qui génère une image numérique qui peut être stockée dans votre ordinateur, affichée sur un écran et imprimée. Et c'est la façon la plus familière que nous connaissons et les images numériques. Il y a aussi quelques satellites. Comme je vous donne l'exemple indien de la série INSAT des satellites actuellement INSAT 3D space. Ce sont des satellites géostationnaires. Nous avons déjà discuté de différents types d'orbites. Je ne vais donc pas entrer dans les détails de l'orbite. Donc les satellites géostationnaires et ce INSAT et ils ont une caméra numérique, qui peut fournir toutes les demi-heures une image de l'Inde et des pays voisins et il est appelé le disque de l'Inde. Parce qu'il couvre une zone circulaire.
Il y a différents satellites de ce type est essentiellement le but des satellites sont soit la communication et la télécommunication aussi la communication TV, mais la même fois puisqu'ils sont tout le temps à regarder vers l'Inde, ils sont géostationnaires. Donc, ces caméras numériques ne sont pas aussi les portables que nous utilisons comme SLR ou DSLR. Mais des caméras plus sophistiquées ont été installées et elles ont été programmées. Donc, ils peuvent envoyer des images toutes les demi-heures, cette fréquence peut aussi être augmentée si nécessaire. Surtout pour la surveillance ou les cyclones et autres choses, mais normalement et généralement ils fournissent les données à toutes les demi-heures. Mais ce sont des instantanés. Ils ne prennent pas la ligne en ligne ou ne font pas le balayage comme nous le voyons dans le cas d'un scanner à plat sur une photocopieuse également. Ce sont des appareils de balayage, alors que ces caméras numériques sont des capteurs numériques qui sont à bord qui prend un instantané ne sont pas clairement des dispositifs de balayage qu'ils n'en font qu'un seul. Et alors que, les images satellite sont elles aussi des images numériques comme vos instantanés, mais elles sont prises en ligne par ligne. Au fur et à mesure que le satellite se déplace en orbite et en ligne par ligne, les données sont enregistrées et le même temps qu'il peut envoyer vers la terre par le biais d'une méthode de radiodiffusion directe, que nous allons aborder plus tard dans cette discussion. Donc, ces appareils de détection en orbite qui sont à bord des satellites et ils parcourent la ligne par ligne et construisent une image. Pour contrôler cela dans votre appareil photo numérique, c'est l'image instantanée qu'elle va juste en quelques secondes une seconde, une seconde, une image est captura. Donc, la sensibilité et d'autres choses sont différentes tout le mécanisme est aussi différent. Bien que maintenant les capteurs que nous discutons dans les capteurs d'imagerie de télédétection, qui ne sont rien d'autre qu'un dispositif électronique qui produit une sortie électrique qui est proportionnelle à l'intensité lumineuse. Donc, ce sont des capteurs sensibles à la lumière. Et plus la lumière ou une réflexion ou une émission plus la sortie qu'elle générera et plus la valeur sera l'enregistrement comme une valeur de pixel. Donc, ce sont des appareils électroniques. Il ya principalement 3 types de capteur sont là. L'un est le capteur d'imagerie unique. Un autre capteur de ligne, ce qui est très courant. Les capteurs de tableau que vous voyez se trouvent dans la plupart de ces images instantanées des caméras d'images instantanées qui utilisent ces capteurs de tableau. Étant donné qu'ils sont également sur de nombreux satellites, ils ont été inclus dans cette catégorie. Donc un capteur d'imagerie unique, un capteur de ligne, un capteur de tableau. Dans le cas d'un seul capteur d'imagerie, il n'y a qu'une seule cellule, il y a le CCD que vous pouvez dire de l'appareil couplé de charge et qui prend tout ce que l'énergie qui est en train de venir réfléchir ou une mission ou autre chose et cet enregistrement que ce passage aux courants électriques et aux énergies plus élevées signifie des valeurs plus élevées et ainsi de suite. C'est le schéma sur le côté gauche alors que dans la vue avant du capteur lumineux avec la taille des pixels de 5,3 micromètres. Donc très petit appareil électronique électrique est un seul capteur. Alors que, en cas de capteur de ligne, vous avez une gamme de capteurs simples ou de dispositifs de charge CCD combinés disposés en une ligne et comme ici, c'est la vraie photographie qui ne fait que 36 millimètres de long, la longueur totale ici et elle a à 2048 CCDs disposés en linéaire. Donc, ifthis est placé sur un capteur de satellite, alors une largeur d'image serait de 2048 pixels de largeur. Et vous savez qu'il couvrait une assez grande superficie de cette distance qui est à 940 à 50 kilomètres de là. Donc, c'est un état solide et le capteur linéaire le plus courant de nos jours à la caméra ou les capteurs à bord de différents satellites. Maintenant pour les appareils snapshotting, ou les appareils photos numériques qui sont à bord des satellites, ils utilisent le capteur 2D de tableau 2 dimensions qui est en 2 dimensions les lignes et les colonnes sont là et ces CCD sont disposés dans une matrice à 2 dimensions. L'exemple réel est illustré ici, que les capteurs de la zone matricielle 16 par 10 rangées dans des colonnes qui sont 80 millimètres et 50 millimètres et se multiplient par 50 millimètres, ce qui est le domaine de détection actif qui est ce bien. Maintenant, par rapport à la zone linéaire que nous avons vu, on va entendre et continuer 2048 CCDs, mais ici nous n'avons que quelques CCD arrangés et vous leur dites comme et c'est juste un exemple de cela. Dans le cas d'un capteur unique lorsqu'il est utilisé et que seuls les dispositifs sensibles à la pellicule ou à l'électronique sont sensibles, alors que vous avez un capteur qui tourne, cette rotation est là et elle continue à enregistrer les choses. Donc, il peut y avoir un film ou un autre matériau sensible. Il s'agit donc d'une ligne d'image par rotation d'incrément et de déplacement linéaire complet du capteur de gauche à droite. Et de tels capteurs ne sont plus là maintenant sur les satellites. Donc la plus grande partie de la commune que nous avons est des capteurs linéaires. En utilisant des capteurs simples et l'acquisition d'image, le capteur le plus courant de ce type est la photodiode, qui est construite en matériaux de silicium et dont la forme d'onde de tension de sortie est proportionnelle à la lumière. Donc, ils sont utilisés à des fins différentes, mais pas vraiment une télédétection sérieuse et les capteurs simples ne sont pas utilisés. Alors que dans le cas de ce capteur linéaire 2D dans le cas de capteurs linéaires, un scénario différent est là. Donc, même si on a un seul capteur, l'image 2D peut être générée en ayant ce genre d'arrangement d'un tambour tournant et d'une ligne par ligne et c'est le seul capteur enregistre l'énergie sur le film ou tout le matériel que vous avez. Et le capteur unique est monté sur une vis de tête a montré ici sur le côté droit et fournit le mouvement dans la direction perpendiculaire et cette chose mécanique est là et ils ont des difficultés irown. Mais les bureaux commerciaux sont peu coûteux et on peut se procurer des images à haute résolution en utilisant même un seul. Donc, des appareils à bas prix sont possibles. Maintenant, c'est le plus courant qui est le tableau de capteurs linéaires. Donc, vous n'avez qu'un seul maigre et j'ai déjà dit et qu'un CCD de 2048 que nous avons arrangés en une ligne et est déplacé c'est la direction du mouvement, puis le capteur est des bandes peut acquérir les données de la totalité de la surface au fur et à mesure que cette bande se déplace et qui est sur les satellites. Donc, ce tableau linéaire ne fournit des éléments d'imagerie que dans une seule direction. Le mouvement perpendiculaire au tableau fournit l'imagerie dans d'autres directions aussi et ce type d'arrangement utilisé dans la plupart des scanners à plat en tant que version et capteurs satellites également. Donc, les capteurs avec 4000 ou plus en capteurs de ligne sont possibles 2048 exemple réel que je vous montre aussi. Des bandes de capteurs d'imagerie dimensionnelle et ces bandes que vous connaissez et qui répondent à diverses bandes de spectre électromagnétique sont montées perpendiculairement à la direction du vol. Donc, ce sont des appareils fixes, pas de choses mécaniques et leur vie est très bonne et très faible et la performance sage, elles sont aussi très bonnes. Et quand on va pour leur acquisition de données, c'est comme ça qu'un seul capteur va faire. Donc, quand vous avez plusieurs capteurs, la même chose est répétée pour 2048 fois ou 4000 fois selon les. Donc, quand vous n'avez qu'un seul capteur, c'est la source d'éclairage et c'est la source d'énergie, puis quelle que soit l'énergie qui se reflète ici, qui passe par ce système de capteur d'imagerie qui est une partie C de cette partie, puis il est projeté et puis il est enregistré et vous obtenez l'image numérique de l'image de sortie comme celle-ci. De même, ces images sont créées. Et puis ce type d'arrangement est généralement trouvé dans des caméras numériques ou des capteurs satellites. Un exemple est INSAT 3D, car ils ne prennent qu'un instantané. Mais quand on va pour un linéaire, alors c'est vous savez que ce tableau linéaire est arrangés de la manière qu'il est à travers le mouvement du capteur ou du satellite et donc, il est possible d'acquérir des images. Le seul problème avec un tel tableau linéaire est le calibrage de chaque CCDs. Ces résultats doivent être parfaitement calibrés, ce qui signifie que les performances individuelles doivent être identiques à celles des autres. Dans le cas contraire, dans une image de sortie image, vous pouvez voir un effet de stripping et ce qui est très difficile à supprimer. Donc, c'est l'un des inconvénients de celui-ci, parce que si un tableau linéaire de tableau a 4000 CCD, alors les 4000 CCDs devraient avoir les mêmes réponses sur un même objet, le même type d'objet. Donc, c'est la réponse de chaque capteur est proportionnelle à l'intégrale de l'énergie lumineuse projetée sur la surface du capteur et la fonction de tous ces capteurs doit être très perfectionnée. Et il y a la partie d'étalonnage la plus importante dans le tableau linéaire ou tout capteur ou dispositif de ce type, les dispositifs de détection qui sont mis sur les images satellites. 

Vidéo 2

Donc, comme vous le savez, l'image est une matrice à 2 dimensions, qui est de définir f fonction, x et y et la valeur ou l'amplitude de F à la résolution spatiale x et y, x et y ligne et colonne nous pouvons dire ici est la quantité scalaire positive qui est une valeur entière positive. Donc, cela devient essentiellement une valeur de pixel qui n'est rien d'autre que l'amplitude de l'énergie réfléchie ou émise qui est enregistrée. Et quand l'image est générée à partir d'un processus physique, c'est la valeur est proportionnelle à l'énergie rayonnée par la source physique. C'est ce qu'on fait exactement dans le cas de la détection par satellite. Par conséquent, ce f x et y doit être non nul et fini. Et ce n'est pas un nombre infini, souvenez-vous que c'est fini. Les valeurs de cette résolution radiométrique ou du nombre de bits sont fixes. Et avant le lancement de tels capteurs, donc s'il s'agit d'un 6 bits, 8 bits, 11 bits, 20 bits il est en fonction de la conception et de l'exigence. Donc, c'est 0 moins que la fonction x et y et qu'il y a alors une infinité est ici, mais elle doit être finie, c'est pourquoi elle est inférieure à l'infini. Ainsi, cette fonction f x et y peut être caractérisée par 2 composants, le premier est la quantité d'éclairement source incident sur la scène qui est visualisé et bien sûr, le second est la quantité d'illumination réfléchie par l'objet dans la scène. Donc, ce que nous sommes appelés les composantes d'illumination et de réflexion, les I et R de X et Y. Donc de tous les pixels individuels, ces x et y seraient là. Donc j'ai l'illumination et R pour la réflectance, respectivement. Maintenant, ces 2 fonctions combinées comme un produit pour former f x y, et ce que nous pouvons ici que f x y = i X et Y se multiplient par I x y. Donc, ça dépend de ce que nous avons l'illumination et la réflexion. Ainsi, la formation d'image simple et peut être égale à 0 inférieure à i, f x et y moins qu'à l'infini et 0 inférieure à R x et y inférieure à 1. Donc, r x et y = 0 signifie que l'absorption totale est r x y = 1 signifie la réflexion totale. Donc, il y a 2 moyennes d'absorptions quand il est r x et y = 0 et quand r x et y = 1, c'est la réflexion totale. Donc, les valeurs totales sont essentiellement dans le cas d'un exemple binaire, il y a entre 0et 1. Nous pouvons donc appeler l'intensité d'une image monochrome noir et blanc ou une image binaire aux coordonnées x et y l'échelle de gris, le niveau de gris L pour une image de ce point. Donc maintenant on peut aller de l'avant au lieu d'une simple image binaire. Donc, L, on peut dire L égal à fonction f et x dans l'intervalle de cette L varie entre 0, L-1. Donc quand L = 0 indique un noir et quand L = 1 indique le blanc, l'exemple binaire est aussi ici. Toutes les valeurs intermédiaires sont des nuances de gris variant du noir au blanc. Donc 2 extrêmes 0 et 1 valeurs restantes entre et peuvent avoir, mais puisque nous parlons en termes d'entiers, donc, ces valeurs peuvent dépendre de la résolution paramétrique ou du nombre de bits, ces L égaux à peuvent être 255 et égal à 0. Le reste des valeurs peut donc varier entre 0 et 1. Donc, c'est ainsi que l'image est construite. Ainsi, l'échantillonnage et la quantification sont les deux processus importants utilisés pour convertir une surface continue en image numérique et cette quantification signifie que l'attribution du nombre de bits par pixel et l'échantillonnage est essentiellement indirecte qu'il contrôle votre résolution spatiale. Donc, comme ici si je prends un petit exemple différent, si on est une image continue qui est montrée ici, si je prends juste une coupe transversale et un tracé ici, alors c'est la ligne est possible entre le point A et B et la partie blanche est bien sûr, des valeurs très élevées ou de la réflexion. Puis soudain, les gouttes, puis vous avez une courbe comme celle-ci et encore une partie blanche, vous atteindrez le V. Donc, ils disent que l'échantillonnage d'images fait essentiellement référence à la discrétisation au lieu d'un maintenant que nous prenons le profil ou la section transversale d'une coordonnée spatiale, les coordonnées sont en termes de lignes et de colonnes le long de l'axe x, où comme la quantification fait référence à la discrétisation des valeurs de niveau de gris l'amplitude le long de l'axe y. Donc, ici quand nous allons ici, c'est ce que nous obtenons les coordonnées spatiales à partir de la première colonne à la dernière colonne pour cet exemple particulier. Et l'axe y ici fait référence à l'amplitude ou aux valeurs de pixels qui sont tracées ici. Donc, en amplitude seule, l'axe y ici. Ainsi, étant donné une image continue, qui est f x et y numériser les valeurs de coordonnées est appelé "échantillonnage", ce qui est exactement ce que nous avons fait ici et l'amplitude de digitalisation, l'intensité, la valeur en gros complotant sur l'y en utilisant le long de l'axe y est appelée la quantification. Donc, ici l'échantillonnage et la quantification c'est ce que nous voyons, qu'après cet emplacement différent ces valeurs sont collectées et elles sont montrées comme ça. Donc, ici vous venez de partir d'ici, puis venez ici et ensuite comme ça. Il s'agit donc d'une ligne de balayage numérique typique, les différentes valeurs de pixels sont affichées. Et ici les deux processus sur l'échantillonnage et la quantification sont également montrés que non continus mais à certains intervalles, les données ont été collectées, donc c'est l'échantillonnage. Donc, si vous revenez à cette ligne, qui dit qu'une image continue f x et y et numériser la valeur des coordonnées est appelée l'échantillonnage et la numérisation de l'amplitude ici, c'est la quantification et la valeur de l'intensité d'amplitude est appelée quantification. Donc, c'est comme ça qu'une image est construite et comprise.

Vidéo 3

Maintenant, nous avons discuté de différents capteurs, nous avons également discuté de la quantification et de l'échantillonnage, parce que si un capteur est à bord d'un satellite et après avoir dit 4000 CCDs dans un tableau linéaire, alors il collecte les données de façon continue et il transmet les données. Une fois que les données ont été acquises par satellite ou qu'elles ont été acquises par satellite, alors ce qui se passe ensuite, comment nous obtenons les données d'un satellite vers la terre, c'est aussi important de discuter. Cette partie est la moins discutée dans la littérature de télédétection ou ailleurs. Parce que nous disons qu'il a été fourni par une agence. Comme peut-être une agence pourrait être l'agence de la NASA pourrait être l'ESA ou dans notre cas en Inde, l'agence pourrait être une agence nationale de télédétection de la NRSA. Donc ils fournissent, mais comment ils acquièrent vraiment les données d'un satellite après que cette image a été acquise via un capteur qui est aussi important à comprendre. Donc, les prochaines diapositives je vais avoir l'acquisition de l'image essentiellement du satellite à la terre et pour lequel vous avez besoin d'une station satellite. Et il s'agit d'un exemple de station terriennes satellite de la série NOAA de satellites qui, à IIT Roorkee, est en service depuis octobre 2002. Il y a 2 composants majeurs, l'un est le composant externe comme vous voyez l'antenne ici et un autre est un composant interne et qui est à l'intérieur du labo et qui n'est que le système à base de PC et le principal ici est le récepteur. Maintenant, l'antenne que vous voyez dans ce cas NOAA cas, il s'agit d'une antenne parabolique de 1,2 mètre de diamètre et il y a un moteur ici qui est un moteur de rotation 2 axes qui signifie, qu'il peut faire tourner l'antenne si je le dis en plan horizontal en 360 ° presque en 360 ° et en plan vertical 180 degrés. Donc, ce disque est en mesure de suivre l'un de ces satellites NOAA qui sont dans l'espace. Et où est le composant interne qui a le récepteur, donc beaucoup de câbles sont tous connectés avec celui-ci, puis un USB est dans le système et là vous avez un logiciel qui est généralement appelé le grabber. Une autre chose importante est une autre antenne que vous pouvez voir ici est l'antenne GPS. Donc, 2 antennes à l'extérieur et le reste des choses qui sont à l'intérieur. Pourquoi cette antenne GPS ou l'antenne GNSS est là pour 2 buts. L'une consiste à déterminer l'emplacement de cette antenne sur le globe et la seconde est de fournir un moment précis à ce taux de réception de PC ou d'ordinateur. Parce que, comme vous le savez, ces ordinateurs qu'ils ont pour la sauvegarde, ils ont une batterie qui peut se détériorer avec le temps et l'horloge du système peut être retardée de quelques secondes ou minutes. Alors que pour l'acquisition de données à partir d'un satellite, l'horloge système doit être très précise, exactement comme des horloges atomiques et ce qui n'est possible que si nous obtenons les données des satellites GNSS ou du récepteur GNSS. Donc, c'est le but de l'installation. Donc, cette antenne GNSS antenne, surveille la montre de l'ordinateur et chaque fois qu'il y a un retard ou tout changement dans l'horloge du système, il procède et corrige l'horloge système. Donc, presque chaque minute, cet exercice est fait pour que le système reste complètement coordonné avec les dépassements de satellites, si nous ne manquons pas, sinon ce qui serait en cas de retard dans notre horloge système, alors l'antenne locerait le satellite selon le programme de prédiction quelque part ailleurs dans l'espace qui est à 940 kilomètres désolé 850 km Et alors que le satellite pourrait être un emplacement différent. Donc, si le timing est parfait, ça marche. Donc, c'est comme ça qu'un PC automatique a via automatique qu'il n'est pas nécessairement que chaque fois qu'il y a une série de satellites de dépassement de NOAA doit être présent le système est toujours sur, le bloc d'alimentation est toujours sur et chaque fois qu'il y a un dépassement basé sur le programme de prédiction, il va dans cette direction à partir de l'endroit où le satellite va s'aligner avec le mouvement du satellite et ils commencent à obtenir la ligne de données par ligne. Il s'agit d'un appareil de balayage sur un satellite NOAA. Donc, ce capteur AVHRR, il scanne ligne par ligne et les données sont transmises directement vers la terre et à travers ces stations terriennes nous pouvons enregistrer les données. Comme la résolution spatiale est plus proche dans le cas de la NOAA AVHRR et par conséquent, la bruyère est assez mordant. Je vais aussi montrer une image. Mais l'objectif de montrer cette carte est qu'elle montre l'emplacement de ce point rouge montrant cette station terrière satellite IIT Roorkee et un cercle est là de 3000 kilomètres de rayon ce n'est rien d'autre que l'empreinte d'un cône, base d'un cône et dont l'apex est dans le suppose 850 kilomètres avec le satellite. Donc, si vous projetez ce rayon de 3 000 kilomètres dans un espace de 840 kilomètres. Puis, à l'intérieur de ce cercle, si dans ce cercle, si une série de satellites de NOAA arrivent, notre station terriennes peut acquérir les données. Donc, cette base de cône doit s'imaginer dans un espace à 840 kilomètres et l'apex de ce cône est un emplacement IIT R. Donc, n'importe où dans ce cercle si le satellite est en passe. Donc, si je projet tout en 2D et si un satellite est ici et que notre station terrestre peut acquérir des données en inclinant l'antenne vers cette direction à partir de l'endroit où le satellite serait en train de venir et elle continuera à suivre jusqu'à ce que le satellite disparaît de l'autre côté de l'origine et ceci est fait automatiquement. C'est pourquoi ce n'est pas le cas, voir un peu de temps vous pourriez avoir une image comme celle-ci, qui a été acquise par notre propre station terriennes satellite, qui a couvert toute l'Himalaya parce que la résolution spatiale est plus proche et donc la largeur de la bande est très large de 2800 kilomètres et en un seul Himalaya a été acquise. Mais si supposons qu'il s'agit d'une résolution de 1 mètre au lieu de 1100 mètres de résolution. Alors seulement une très petite partie de la terre aurait été recouverte d'une très petite bande par une résolution spatiale plus élevée. Donc, il y a toujours un commerce entre l'espace de résolution et la maths. Maintenant, puisque les capteurs AVHRR de NOAA ont 2 canaux thermiques et par conséquent, il est possible d'acquérir des données même dans la nuit. Ceci n'est pas courant avec de nombreux satellites, car s'ils n'ont pas le canal thermique, alors les données ne peuvent pas être acquises dans la nuit. Mais la NOAA a des canaux thermiques et ce proche infrarouge et 2 canaux thermiques 3 canaux peuvent également être acquis dans la nuit. Alors que dans le temps diurnes 5 données de canal 2 visible 1 proche infrarouge et 2 données de canal thermique peuvent être. Donc c'est un exemple dans la journée les 1432 heures et c'est 23 heures de nuit à 23h. Et c'est l'une de l'image thermique que vous voyez et c'est comme si x rayons semble être accepté, mais c'est une image thermique de la même partie de la terre comme on l'a vu dans la journée. Donc, ça fait un gros avantage si un capteur a aussi des canaux thermiques. Les satellites NOAA ont également votre Landsat cette série de cette série OLI, mais normalement ils n'acquièrent pas de données dans la nuit seulement les données thermiques de jour sont acquises, mais dans le cas des données de nuit AVHRR de NOAA, nous avons acquis parce qu'il couvre une large bande et parfois il est très, très utile. Nous avons utilisé ces données thermiques à diverses fins, notamment en cas de détection d'anomalies présismiques et thermiques. Donc, cela amène à la fin de la discussion sur la façon dont différents capteurs sont là, du point de vue de l'électronique, pas dans beaucoup de détails, et puis comment les données du satellite à la terre comment il vient à la station satellite de la Terre que nous avons discuté. Donc, merci beaucoup.