Imagerie hyperspectrale

L'imagerie hyperspectrale ou spectro-imagerie est une technologie permettant d'obtenir l'image d'une scène dans un grand nombre (généralement plus d'une centaine) de bandes spectrales à la fois étroites et contigües. Elle permet en premier lieu de déterminer la composition chimique d'une surface photographiée et en fournit des indications sur la concentration de ceux-ci et les propriétés physiques. Elle est également utilisée dans différents processus industriels principalement pour la détermination de la qualité des produits. L'imagerie hyperspectrale est utilisée dans les prises d'images réalisées à bord d'avion depuis les années 1990 et à bord de satellites d'observation depuis la fin des années 2000.

Projection bi-dimensionnelle d'une image hyperspectrale d'une région de la Terre prise depuis l'espace.
Image hyperspectrale de plusieurs pierres permettant d'identifier les éléments qui les composent.
L'imagerie hyperspectrale comparée à l'imagerie spectrale.
Les différentes techniques d'acquisition d'une image hyperspectrale.

DéfinitionModifier

L'imagerie hyperspectrale est une technique qui permet d'obtenir une image d'un sujet dans des centaines de bandes spectrales contiguës ce qui permet de produire un spectre de réflectance complet pour chacun des éléments individuels (pixels) composant l'image. La résolution spatiale d'une image hyperspectrale est moyenne mais par contre la résolution spectrale est généralement inférieure à 10 nanomètres. Cette technique se différencie de l'imagerie spectrale, technique ancienne qui restitue une image dans un nombre de bandes spectrales limité (jusqu'à 15), larges et discontinues[1]. L'imagerie hyperspectrale est utilisée principalement en lumière visible et proche infrarouge (0,4-2,5 µm). Mais elle peut également être utilisée dans le moyen infrarouge (3-5 μm et 8-12 μm, bandes II et III) et l'infrarouge thermique et des prototypes sont évalués pour l'observation des micro-ondes.

Méthodes d'acquisition d'une image hyperspectraleModifier

Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour l'acquisition d'une image hyperspectrale dans le domaine optique (lumière visible, infrarouge). L'instrument dispose d'une optique qui fournit une image à l'entrée d'un spectrographe. Ce dernier utilise un élément dispersif ou à transformation de Fourier.

ApplicationsModifier

Une image hyperspectrale fournit pour chaque pixel une caractéristique du matériau photographié qui prend la forme d'un vecteur à plusieurs centaines de dimensions (autant que de bandes spectrales). Les applications sont nombreuses. Par exemple[2] :

Quelques exemples de caméras hyperspectrales[4] :

Instrument Opérateur Type Support Date Bande spectrale Nbre bandes et largeur Type capteur Utilisation Autre information
AVIRIS [5] JPL Instrument aéroporté 1989 360 - 2500 nm 224 (10 nm) Première caméra hyperspectrale utilisée à des fins opérationnelles Résolution spatiale 20 m.
HIS[6] CNSA Satellite HJ-1B 2008 450-950 110-128 Pushbroom Suivi des désastres Résolution spatiale 100 m.
HySIS[7] ISRO Satellite HySIS 2018 400-950 nm 55 (10 nm) Pushbroom Surveillance des ressources agricoles et forestières Résolution spatiale 30 m.
PRISMA[8] Agence spatiale italienne Satellite PRISMA 2019 400-2500 nm 250 (< 12 nm) Pushbroom Surveillance des ressources naturelles, démonstrateur technologique Résolution spatiale 30 m.
HSI[9] DLR Satellite EnMAP 2021 420-2450 228 (6,5 nm et 10 nm) Pushbroom Résolution spatiale 30 m.
HISUI[10] JAXA Satellite ALOS-3 2021 400-2500 185 (10 nm et 12,5 nm) Pushbroom Gestion des ressources minières, suivi des productions agricoles, surveillance environnement, agriculture Résolution spatiale 30 m.
Chime[11] ESA Satellite Chime 2029
HyMAS[12] NASA Instrument aéroporté ? 60-183 GHz 52 Réseau d'antennes Sondage atmosphérique - Démonstrateur technologique caméra hyperspectrale micro-ondes Résolution verticale 1 km.

Exploitation des mesures effectuéesModifier

Le traitement des données hyperspectrales est complexe car il faut manipuler d'énormes volumes de données et l'extraction de données pertinentes nécessite de mettre au point des algorithmes complexes spécifiques à chaque type d'utilisation. Pour les instruments embarqués à bord de satellites, la taille des images impose la mise au point d'un processus de compression afin d'être compatible avec les capacités de stockage et de transmission de l'engin spatial. L'exploitation des données fournies par ces instruments est un domaine de recherche actif[13].

Notes et référencesModifier

  1. Société française de photogrammétrie et télédétection, « Imagerie hyperspectrale - Principes de l'imagerie hyperspectrale » (consulté le )
  2. (en) Groupe de Synthèse Hyperspectral, Synthèse sur l’imagerie hyperspectrale, CNES, , 90 p. (lire en ligne)
  3. « IL MAKIAGE fait l'acquisition de la première start-up israélienne de vision par ordinateur, Voyage81 », Business Wire,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  4. (en) Groupe de Synthèse Hyperspectral, Synthèse sur l’imagerie hyperspectrale, CNES, , 90 p. (lire en ligne), p. 9-58
  5. (en) « AVIRIS », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
  6. (en) « HJ-1 », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
  7. (en) « HySIS (HyperSpectral Imaging Satellite) », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
  8. (en) « Minimize PRISMA Hyperspectral », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
  9. (en) « EnMAP », sur EO Portal, DLR (consulté le )
  10. (en) « ALOS-3 », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
  11. (en) « Chime (Copernicus) », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
  12. (en) « HyMAS », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
  13. (en) Jocelyn Chanussot, « Imagerie hyperspectrale : voir l'invisible », sur INS2I, CNRS,

BibliographieModifier

  • (en) Groupe de Synthèse Hyperspectral, Synthèse sur l’imagerie hyperspectrale, CNES, , 90 p. (lire en ligne)
    Rapport de 2008 réalisé par un groupe de travail organisé par l'agence spatiale française sur les applications de l'imagerie hyperspatiale dans le domaine de la défense et de la science.

Voir aussiModifier

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Articles connexesModifier

Liens externesModifier