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Modéliser l'obtention d'une image satellitaire en fausses couleurs

Géoportail et Google Earth nous ont habitué à des images satellitaire ressemblant à des photographies en "vraies couleurs". Les mesures dans l'infra-rouge effectuées par les satellites d'observation de la Terre sont tout aussi importantes pour l'étude de la végétation, des cultures ou de l'eau. Pour représenter ces mesures, il faut utiliser de "fausses couleurs". L'exemple suivant donne une piste pour expliquer le principe de ces images et leur interprétation.

Si on dispose d'une webcam sensible aux infra-rouges ou modifiée pour y être sensible

  • Préparer un mini-paysage à placer sous la caméra.

  • Coul.jpg

    Ce sera par exemple une cuvette à dissection contenant du sable sec, avec une boite de Pétri contenant du sable mouillé, des herbes ou des feuilles ou une plantation de cresson alénois, et un grand bécher contenant de l'eau (il faut au moins 10 cm de hauteur d'eau). Un morceau de bristol blanc servira de référence pour le blanc.

    Attention à l'éclairage qui ne devra pas donner de reflets sur l'eau du bécher. Attention aussi à éviter les ombres.

  • Prendre les photographies

  • radiosat1.jpg

    • Relier la caméra à l'ordinateur. Positionner la caméra sur un support, au-dessus du mini-paysage.
    • Ouvrir le logiciel Mesurim.
    • Choisir le menu Outils - Composition fausses-couleurs.
    • Suivant le type de caméra, choisir :
      avec une mini-caméra (Twain)
      ou, de préférence,
      capture à partir du flux vidéo
    • puis cliquer sur l'onglet IR pour commencer par la photographie en infra-rouge 1
    instfc.jpg

 

filtre_IR.jpg IRb.jpg filtre_vis.jpg coulr.jpg

Photographie en infrarouge

Deux possibilités suivant le matériel utilisé :

  • Placer le filtre qui arrête les radiations visibles devant la caméra.
  • en travaillant dans la pénombre, éclairer le mini-paysage avec des led infra-rouge. 

Cliquer sur le bouton prise de vues.

Si on travaille avec le flux vidéo, cliquer sur 
Capturer.jpg

On obtient une image dans les tons gris.

Si nécessaire, faire le blanc en délimitant, à l'aide de la souris, un rectangle sur l'image du carton blanc. Cliquer ensuite sur le bouton "Blanc". 

Photographie en Couleur

Deux possibilités suivant le matériel utilisé :

  • Placer le filtre qui arrête les infra-rouges devant la caméra.
  • en travaillant dans la pénombre, éclairer le mini-paysage avec une lampe led à lumière blanche.

Cliquer sur l'onglet couleur puis sur le bouton prise de vues.

La suite se trouve après l'alternative utilisant des fichiers d'images.

Suite

Utilisation des images fournies avec le logiciel

ApartirFichier.jpg

ChoixFichier.jpg

  Cliquer sur le bouton Choix du fichier et choisir le fichier IRG2.jpg

Cliquer ensuite sur l'onglet Image couleur, puis sur le bouton Choix du fichier et choisir le fichier CoulG2.jpg

 

Traitement des images

decompc.jpg Demander la décomposition des couleurs, de manière à récupérer les composantes (bleue) verte et rouge de l'image.

Dans une image fausses couleurs classique, le canal 1 (vert) est représenté en nuances de bleu, le canal 2 (rouge) est représenté en nuances de vert et le canal 3 (infrarouge proche) est représenté en nuances de rouge.

  • Cliquer sur l'onglet Canal 1 et cliquer sur Opérer le changement pour représenter le vert en nuances de bleu.

 chvb.jpg

  • Cliquer sur l'onglet Canal 2 et représenter le rouge en nuances de vert.
  • Cliquer sur l'onglet Canal 3 et représenter l'infrarouge en nuances de rouge.
  • Cliquer sur l'onglet combinaison et demander la combinaison de ces trois images.
finfc.jpg Le résultat est une image "fausses couleurs" ayant le codage le plus classique.

Signatures spectrales

Sspectrfeuille.jpg

On remarque que les feuilles apparaissent en rouge (elles renvoient une grande partie des infrarouges proches). C'est pour cela que Les cultures et les forêts apparaissent en rouge sur les images en fausses couleurs.

La signature spectrale correspondante, montre une forte présence des infra-rouge proches. C'est une caractéristique de la chlorophylle.

On remarque aussi que la feuille renvoie plus de radiations vertes que de radiations rouges, ce qui correspond à la couleur de la feuille. C'est encore une propriété de la chlorophylle qui absorbe fortement le rouge (et le bleu) et renvoie le vert qui est peu absorbé.

Sspectreau.jpg

Remarquer aussi que les infrarouges sont fortement absorbés par l'eau.

La signature spectrale comporte très peu d'infra-rouges.

Il faut remarquer qu'ici l'épaisseur d'eau est très faible. dans les images satellitaires en fausses couleurs, la mer apparaît presque noire.

 Les Webcams utilisables

 Le plus simple consiste à utiliser une webcam  IR à capteur couleur qui possède des diodes (led) infra-rouge sur sa face avant pour l'utilisation nocturne.

Pour utiliser une webcam classique, il faut la démonter pour retirer le filtre qui arrête  les radiations infra-rouge. dans certains cas, on peut construire un dispositif qui permet de remettre ce filtre devant l'objectif.

Un filtre qui ne laisse passer que les infra-rouge est obtenu avec une pellicule photo NB noircie par la lumière (puis développée et fixée) amorces de film par exemple.

1 Les infra-rouge dont il est question ici sont les infra-rouges proches, de longueur d'onde voisine de 1 µm. Ils sont très différents des infra-rouges thermiques de longueur d'onde voisine de 10 µm. Les webcams classiques ne sont pas sensibles à ces infra-rouges thermiques.