Modélisation et inversion d'images hyperspectrales : quantification et prise en compte du relief et de la réflectance bidirectionnelle

• Auteur / Autrice : Xavier Lenot
• Direction : Véronique Achard, Patrick Pinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Modélisation physique en télédétection
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réflectance

Relief (géographie)

Télédétection

Mots clés libres

Hyperspectral

Brdf

Résumé

L'imagerie hyperspectrale est une technique en plein essor, qui permet d’acquérir des images étalonnées en luminance, sur un grand nombre de bandes spectrales étroites et contigües. La luminance mesurée est le résultat d’une interaction entre l'éclairement solaire, l'atmosphère, et la surface du sol. Pour appliquer une méthode de détection ou de classification du sol, il est nécessaire d’isoler au préalable les propriétés optiques de la surface, en s'affranchissant des phénomènes d’absorption et de diffusion du rayonnement. Sur une zone montagneuse, une correction supplémentaire est nécessaire pour prendre en compte les variations du rayonnement montant inhérentes au relief. Cette thèse propose une nouvelle méthode de correction atmosphérique et topographique des images hyperspectrales dans le domaine réflectif (0,4 um à 2,5 pm). Cette méthode permet de remonter en quatre étapes successives, à une carte de réflectances indépendantes des conditions de mesures de l'image de luminances. De nouveaux modèles ont notamment été développés pour modéliser l'éclairement incident sur la scène, et la luminance diffuse montante. Une première validation effectuée par inversion d’images synthétiques, montre une bonne adéquation entre la réflectance restituée et la réflectance initiale. L'étude de sensibilité aux données d’entrée a montré que la source principale d’erreurs sur l'inversion est le Modèle Numérique de Terrain. Des imprécisions en altitude, ou sur l'ortho-rectification de l'image, engendrent des erreurs sur la réflectance supérieures à celles obtenues en supposant le sol plat. La campagne de mesures réalisée au cours de cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet HYPERGEMME, dont l’un des objectifs est d’évaluer l’apport de l'imagerie hyperspectrale en géologie. Aussi, le massif montagneux de Maqsad (Oman), dont la cartographie géologique est parfaitement maîtrisée, est survolé par l'imageur hyperspectral HYMAP. Les mesures acquises au sol par l’ONERA ont pour but de valider le code SIERRA. Comparée à la réflectance de surface mesurée sur le site, la réflectance restituée par inversion des images HYMAP est estimée avec une précision de 5%. Malgré de nombreuses imprécisions sur le MNT, cette campagne a également permis de mettre en évidence l'apport de la correction topographique réalisée dans SIERRA par rapport aux codes supposant le sol plat.