Cartographie par télédétection hyperspectrale : Principes de la méthode

Une image hyperspectrale est composée d’un empilement de plusieurs centaines de bandes spectrales (Figure 1). Ces bandes adjacentes de quelques nanomètres de largeur, permettent de réaliser un échantillonnage continu du spectre lumineux, sur une gamme de longueurs d’ondes s’étendant généralement de l’ultraviolet au proche infrarouge (400 à 1000 nm, jusqu’à plus de 2500 nm pour certains capteurs). Acquises depuis un vecteur aéroporté volant à basse altitude, elles sont de résolutions spatiales décimétriques à métriques, ce qui permet une bonne reconnaissance des objets au sol.
La haute résolution spectrale de ces images aéroportées permet, après application des corrections atmosphériques, de reconstituer finement le spectre de réflectance des objets, avec une résolution proche de celle enregistrée par un spectroradiomètre au niveau du sol.

 

Une «image» hyperspectrale peut donc a priori, mieux qu’une simple photographie aérienne qui ne permet pas de différencier les différentes longueurs d’ondes (elle ne restitue, tout comme le perçoit l’œil humain, qu’une composition colorée de trois larges bandes spectrales s’inscrivant dans le «visible»), permettre d’identifier la nature des objets ou structures, à la condition que leur «signature spectrale» soit connue.
En effet, les objets ou structures n’absorbent pas tous de la même manière la lumière solaire incidente : l’absorption se fait à des longueurs d’ondes préférentielles, ce qui a pour conséquence que la réflectance mesurée (part réémise, ou réfléchie, de la lumière incidente) est variable avec la longueur d’onde (on parle de spectre de réflectance). Ce spectre est dépendant de la nature et de la composition de la cible analysée. Chaque objet peut donc en théorie être identifié à partir de son niveau de réflectance et du panel de longueurs d’ondes auxquelles il absorbe ou renvoie le rayonnement. Chaque type d’objet, chaque type de structure, possède ainsi une «signature hyperspectrale» qui lui est propre (Figure 2).

 

L’un des objectifs du projet SPECTRHABENT-OI est donc de :

  • constituer une banque de signatures hyperspectrales, contenant les signatures de toutes les structures, types de fonds, développements coralliens ou algaux… caractéristiques des zones littorales et subtidales des îles françaises de l’océan Indien (Figure 3),
  • pouvoir ré-identifier de façon automatisée, via une chaîne de traitement informatique de reconnaissance/discrimination de spectres qui est à développer, ces structures à partir des images hyperspectrales acquises par avion,
  • cartographier, de manière automatisée et globale, les structures ou objets «reconnus», et de constituer des cartes dites «d’habitats benthiques».

 

L’autre objectif de SPECTRHABENT-OI est de vérifier l’efficacité de la méthode et des chaînes de traitement développées. Les cartographies ainsi réalisées devront donc être validées, par confrontation des structures «prédites» (i.e. définies par le calcul) avec les structures réelles (que l’on identifiera en plongée, dans le cadre d’opérations qualifiées de «Vérité Terrain»). Le niveau de concordance entre prévisions et Vérité Terrain permettra d’évaluer l’efficacité de la méthode, et d’envisager les modifications à y apporter afin de minimiser les coûts et durées d’acquisition et de traitement des données, tout en permettant d’obtenir la précision et la sensibilité (capacité de discrimination entre les différentes structures) souhaitées.

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