1. Mastère SILAT 2011-2012
Les Bases de la Photo-Interprétation
Photo-Interprétation
Image Landsat TM du 3 juillet 1994 sur la forêt de Hagueneau
Sylvie Durrieu
Télédétection : principes de base
Novembre 2011

2. Bases de la Photo-Interprétation
La vision :
• Couleurs et contrastes
• Vision stéréoscopique
Visualisation d’une image de télédétection
• Affichage de l’image
• Rehaussement des contrastes
Photo-interprétation d’une image en 2D
• Les objets étudiés
• Interprétation des couleurs
• Texture et structure
• Apport de l’expertise
Image 3D : la vision stéréoscopique artificielle
Le choix des données selon les objectifs
• Critères de choix
• Exemples d’applications
Intérêt et limites de la photo-interprétation
Les Bases de la Photo-Interprétation 2

3. Les couleurs
La vision
En télédétection une bonne connaissance des couleurs est nécessaire
pour :
Interpréter visuellement les images sur papier ou à l’écran (PIAO)
Augmenter la lisibilité des résultats : composition des couleurs des
images traitées et qualité des impressions.
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4. Les couleurs
La vision
« Capteurs » de lumière dans la rétine
⇒ Réactions chimiques transformées en signaux électriques
⇒ Transmission par le nerf optique
⇒ « Perception » d’une couleur par le cerveau
Cônes (pigments couleur)
Bâtonnets (vision scotopique)
« Objectif »
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5. Les couleurs
La vision
Sensibilité de l’œil : de 400 à 700 nm avec maximum vers 550 nm (vert-
jaune)
plusieurs 10aines de milliers de couleurs perçues
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6. La représentation de couleurs
La vision
Une sensation colorée peut être reproduite par un mélange de trois
couleurs primaires
Couleur reproduite par synthèse additive : écrans TV ou ordinateurs
Les Bases de la Photo-Interprétation 6

7. La représentation de couleurs
La vision
Synthèse additive Synthèse soustractive
(écran TV, ordinateur) (Filtres, pigments, films)
Les Bases de la Photo-Interprétation 7

8. La représentation de couleurs
La vision
La qualité de visualisation dépend du nombre de lignes et de colonnes
du moniteur et du nombre de couleurs affichables simultanément
Écrans couleurs utilisés en télédétection : 256 niveaux pour chaque
couleur
2563 couleurs = + 16 millions
Mais l’œil ne peut pas tout voir :
• Couleurs constituées à partir des 50 premiers niveaux = noir
• 16 niveaux par couleur primaire 4096 couleurs
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9. Une perception toute relative...
La vision
Contrastes
• Spatial : permet la perception des objets…
4 km
Inondations Fleuve Hérault 1994
Les Bases de la Photo-Interprétation 9

10. Une perception toute relative...
La vision
Contrastes
• Spatial : permet la perception des objets…
… mais un même gris apparaît moins clair s’il est entouré de blanc ; idem couleurs
4 km
Inondations Fleuve Hérault 1994 La teinte grise de la barre est la même sur toute sa longueur.
Les Bases de la Photo-Interprétation 10

11. Une perception toute relative...
La vision
Influence de l’environnement
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89chiquier_d%27Adelson
Les Bases de la Photo-Interprétation 11

12. Une perception toute relative...
La vision
Influence de l’environnement
Les Bases de la Photo-Interprétation 12

13. Une perception toute relative...
La vision
Influence de l’environnement
Les Bases de la Photo-Interprétation 13

14. La perception du relief
La vision
Vision stéréoscopique naturelle
Source : http://ditwww.epfl.ch/
Les Bases de la Photo-Interprétation 14

15. Affichage d’un canal
Visualisation d’une image
Chaque pixel est codé
par une valeur de 0 à 255
Association
valeurs radiométriques niveaux de gris
Les Bases de la Photo-Interprétation 15

16. Affichage d’une image
Visualisation d’une image
Écran = 3 plans couleur
Image = n plans (canaux)
Affichage d’un plan par canal composition colorée
Synthèse additive : L’affichage des couleurs
est obtenu en ajoutant les 3 couleurs
primaires (rouge, vert, bleu)
Jaune
Rouge Vert
Magenta Cyan
Intensité décroissante
Bleu
Les Bases de la Photo-Interprétation 16

17. Affichage d’un canal
Visualisation d’une image
Bleu
Image en
Bleu
niveaux de gris
Bleu
Vert
Bleu
Rouge
Les Bases de la Photo-Interprétation 17

18. Affichage d’une composition colorée
Image en couleurs naturelles
Visualisation d’une image
Bleu
Composition
Bleu
colorée
Vert
Vert
Rouge
Rouge
Les Bases de la Photo-Interprétation 18

19. Affichage d’une composition colorée
Image en fausses couleurs
Visualisation d’une image
XS1 = vert
Composition
Bleu
colorée
XS2 =rouge
Vert
XS3 = PIR
Rouge
Les Bases de la Photo-Interprétation 19

20. Exemple d’analyse des images transformées :
Photo-interprétation d’une composition colorée de 3 IV
0.5 / 0.2 / 0.1 0 / 0.5 / 0.1
IV du 24/04/2000
Rouge
IV du 02/06/2000
Vert
IV du 27/07/2000
Bleu
0.4 / 0.4 / 0.4 -0.2 /-0.2 / -0.2
Les Bases de la Photo-Interprétation 20

21. Rehaussement des contrastes - Histogramme d’un canal
Visualisation d’une image
Max
Nb de pixels
60
52
50
40
30
20
18
15 14
10
0
Noir Gris foncé Gris Clair Blanc
0 Min Max 255
Noir
Blanc
Les Bases de la Photo-Interprétation 21

22. Rehaussement des contrastes - Fonction de transcodage
Visualisation d’une image
Nb de pixels
Niveaux de gris
Blanc
Niveaux de gris utilisés
Gamme
d’intensités
utilisée
Noir
Max
0
Min Comptes numériques255
96 (canal XS3)
Les Bases de la Photo-Interprétation 22

23. Rehaussement des contrastes - Fonction de transcodage
Visualisation d’une image
Table de transcodage pour transformer les valeurs initiales et augmenter
le contraste
Nb de pixels
Niveaux de gris
Niveaux de gris
Blanc
∆I
∆I
Noir
Max
0 Min Comptes numériques255
96 (canal XS3)
Les Bases de la Photo-Interprétation 23

24. Rehaussement des contrastes
Visualisation d’une image
Etalement de
dynamique
Sur 1 canal donné
0 255 0 255
Sur 3 canaux
Les Bases de la Photo-Interprétation 24

25. Rehaussement des contrastes-
Visualisation d’une image
Les tables de transcodage
Les Bases de la Photo-Interprétation 25

26. Rehaussement des contrastes
Visualisation d’une image
Différentes fonctions de transcodage
Pas d’étirement
Étirement linéaire entre µ ±2σ
σ
Étirement selon histogramme
cumulé
(égalisation d’histogramme)
Les Bases de la Photo-Interprétation 26

27. La démarche de photo-interprétation
Photo-Interprétation 2D
Eléments structurants et surfaces
• Lignes et points : réseaux routier, hydrographique
• Les surfaces fermées : définition des objets, tracé des limites
Différents niveaux
• les individus (ex : arbres, bâtiments)
• les groupes d’individus (ex : groupe d’arbres, pâté de maison)
• les unités thématiques (ex : parcelle, quartier…)
• …
A chacun de ces niveaux d’objets peuvent être
attribuées des caractéristiques
• le nombre
• la dimension
• la forme
• la répartition spatiale (Horizontale et Verticale)
Les Bases de la Photo-Interprétation 27

28. Interprétation des couleurs
Photo-Interprétation 2D
Réflectance Bande panchromatique
100
Canal 1 Canal 2 Canal 3
90 SPOT NeSPOT SPOT
i ge f
80
raich
î e
70 ir
n cla
60 Limo
50
40 Sable Végétation
30
20 Sol sec
10
Eau
0
0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
Longueur d'onde (µm) (µM)
Longueur d'onde
Proche infrarouge
Les Bases de la Photo-Interprétation 28

29. Interprétation des couleurs
Photo-Interprétation 2D
La couleur signatures spectrales
Sol nu
Eau
XS1 XS2 XS3
Minéral XS1 XS2 XS3
Végétation
active
XS1 XS2 XS3
Forêt
XS1 XS2 XS3
XS1 (vert) sur plan bleu
XS1 XS2 XS3 XS2 (rouge) sur plan vert
XS3 (PIR) sur plan rouge Les Bases de la Photo-Interprétation 29

30. Interprétation des couleurs
Photo-Interprétation 2D
Exemple d’une composition colorée avec MIR
XS4 (MIR) sur Rouge
XS3 (PIR) sur Vert
XS2 (Rouge) sur Bleu
Image Spot XS du 27/07/2000
Les Bases de la Photo-Interprétation 30

31. Interprétation des couleurs
Photo-Interprétation 2D
Exemple diachronique
XS3 (PIR) du 24/04/00 sur rouge
XS3 (PIR) du 02/06/00sur Vert
XS3 (PIR) du 27/07/00 sur Bleu
Les Bases de la Photo-Interprétation 31

32. Interprétation des couleurs
Exemple diachronique
XS3 (PIR) du 24/04/00 sur rouge IV du 24/04/00 sur rouge
XS3 (PIR) du 02/06/00sur Vert IV du 02/06/00sur Vert
XS3 (PIR) du 27/07/00 sur Bleu IV du 27/07/00 sur Bleu
0.5 / 0.2 / 0.1 0 / 0.5 / 0.1
0.4 / 0.4 / 0.4 -0.2 /-0.2 / -0.2
Les Bases de la Photo-Interprétation 32

33. Texture et structure
Photo-Interprétation 2D
Texture = répétition spatiale d’un même motif dans différentes directions
de l’espace
Structure :
• Définition = ???
• Organisation des objets composant l’image dans l’espace
Les Bases de la Photo-Interprétation 33

34. Texture et structure
Photo-Interprétation 2D
Structure
grandes lignes
limites d'objets (champs, routes ...)
Radiométrie
Différences de niveau de gris
Texture
Les Bases de la Photo-Interprétation 34

35. Texture et structure
Photo-Interprétation 2D
La texture variabilité spectrale
Taille objet / taille pixel
SPOT XS = 20m Ikonos MS = 4m Ikonos P = 1m
4-5 palmiers 1-2 palmiers <1 palmier
Plantation de palmiers
Les Bases de la Photo-Interprétation 35

36. Texture et structure
Photo-Interprétation 2D
La structure forme et organisation des objets de la scène
Photo IFN
Photo IFN
Les Bases de la Photo-Interprétation 36

37. La démarche de photo-interprétation
Utilisation de la couleur, de la texture et de la structure
Du plus simple au plus compliqué :
• Lignes et points : réseaux routier, hydrographique
• Les surfaces fermées :
• Définition des objets
• Tracé des limites
• Construction du thème par itération entre le graphique et la sémantique (adaptation
thématique / image)
Les Bases de la Photo-Interprétation 37

38. Photo-interprétation - Apport de l’expertise
Photo-Interprétation 2D
Ex : Utilisation des critères stationnels en milieu forestier
Topographie :
• pente, exposition (éclairement solaire)
• situation topographique : sommet dépression, falaise, masque sud .. ( nature, profondeur, humidité des
sols)
Géologie, géomorphologie, pédologie :
• nature, altération de la roche-mère, formations superficielles, pierrosité apparente
• type de sol
• modelé, traces d’érosion, de solifluxion
• type de drainage, présence de tourbière,
• etc…
Observation détaillée de la forme et de la couleur des arbres + critères
stationnels limitation des choix possibles
Les Bases de la Photo-Interprétation 38

39. La vision 3D– Vision stéréoscopique artificielle
Images 3D
2 images prises de 2 points de vue différents
Les différents types de stéréoscopie
Source : http://ceos.cnes.fr:8100
Prises de vues aériennes
Source : http://www.ngi.be/
Acquisitions SPOT 5
Source : http://ceos.cnes.fr:8100
Les Bases de la Photo-Interprétation 39

40. La vision 3D– Vision stéréoscopique artificielle
Images 3D
Image gauche vue par œil gauche et image droite vue par œil droit
Rapport B/H perception du relief + ou - marquée
Les Bases de la Photo-Interprétation 40

41. La vision 3D – Vision stéréoscopique artificielle
Images 3D
Stéréoscope
Anaglyphe
Stéréoscopie numérique
• Projection alternée + lunettes à cristaux liquides
• …
…
Les Bases de la Photo-Interprétation 41

42. Les Bases de la Photo-Interprétation 42

43. Les Bases de la Photo-Interprétation 43

44. Photo-interprétation - Apport de la 3D
Images 3D
B/H = 0.3 B/H = 0.05
Bonne perception du relief Bonne perception des arbres
Les Bases de la Photo-Interprétation 44

45. Photo-interprétation - Apport de la 3D
Images 3D
Utilisation de la 3 D : la stéréoscopie
Informations sur la position topographique
Informations supplémentaires sur la forme et l’organisation spatiale des
objets (hauteur)
Stéréoscopie numérique résultats de l’interprétation superposables à
une carte
Les Bases de la Photo-Interprétation 45

46. Choix des données
Démarche de photo-interprétation
Résolution spatiale et perception des objets
Résolution spatiale (20 m)
Pixel > objet
Détection
Route (8 m)
Pixel = objet
Identification
Autoroute (20-25 m)
Pixel << objet
Analyse
Plan d’eau (80-200 m)
Les Bases de la Photo-Interprétation 46

47. Choix des données
Démarche de photo-interprétation
Résolution spatiale et perception des objets
Pour une problématique donnée il faut rechercher la bonne résolution
(qui n’est pas nécessairement la plus fine)
Résolution 0.1 m 0.5m 2m 5m 20m
Les Bases de la Photo-Interprétation 47

48. Analyse des images
Démarche de photo-interprétation
Utilisation de la couleur, de la texture et de la structure
Définition des objets : construction des classes par itération
• Adaptation thématique / potentiel de l’image
Les différents types d’objets
• Lignes et points : réseaux routier, hydrographique
• Les surfaces fermées :
• Tracé des limites
• Classe : par PI ou terrain
• Evolution de la légende le cas échéant
Les Bases de la Photo-Interprétation 48

49. Exemple d’application- CLC
Source :http://ww.kleegroup.com/ifen/
Echelle 1/100 000
3- Numérisation
1- Image satellitaire SPOT (XS) ou
LANDSAT (TM)- Composition colorée
"fausses-couleurs" sur tirage
photographique à l'échelle de 1/100 000
4- Assemblage
2- Photo-interprétation + données exogènes
25 ha – 44 postes
5- Finalisation : vérification, édition, diffusion
Les Bases de la Photo-Interprétation 49

50. Exemple d’application- IFN (ancienne méthode)
Démarche de photo-interprétation
Cartographie des peuplements à l’Inventaire Forestier National
Les Bases de la Photo-Interprétation 50

51. Exemple d’application
Démarche de photo-interprétation
Déclarations des surfaces agricoles pour la PAC sur orthophotos
Îlots de culture
Parcelles
Les Bases de la Photo-Interprétation 51

52. Exemple d’application
Démarche de photo-interprétation
Suivi de l’évolution des zones inondées après le passage de l’ouragan
Katrina sur la Nouvelle-Orléans- Images Formosat-2
Source : http://www.spotimage.fr
Les Bases de la Photo-Interprétation 52

53. Exemple d’application
Démarche de photo-interprétation
Identification des types de navires et suivi du trafic naval
Source : http://www.spotimage.fr
Les Bases de la Photo-Interprétation 53

54. Exemple d’application
Démarche de photo-interprétation
Suivi des Incendies de forêts- Ex: dans les Maures en 2003
• Images SPOT-5, 17-19 juillet et 29-30 juillet, pixel 10m
• Images fausses couleurs : bdes PIR – Rouge – Vert <-> R-V-B
19 juillet 2003 29 juillet 2003
Les Bases de la Photo-Interprétation 54

55. Photo-interprétation / traitements numériques
Intérêts et limites de la PI
Prétraitements
Photo-interprétation Manuelle
Interprétation
Traitements numériques
• Teintes
• Texture, structure Intérêt de la
Photo-
• Objets Interprétation
Assistée par
Ordinateur
• Paysages
Calculs de surfaces
Edition des cartes
Les Bases de la Photo-Interprétation 55

56. Intérêts et limites de la photo-interprétation
Intérêts et limites de la PI
Avantages :
• Vision efficace pour l’analyse des couleurs, textures et structures
• Expertise intégration de connaissances extérieures lors de l’interprétation
• Peu sensible aux variations radiométriques « parasites »
• Souplesse d’utilisation  différentes modalités
• Sur support « papier » (manuelle)
• Assistée par ordinateur (PIAO) : outils disponibles dans SIG
Inconvénients
• Long et coûteux
• Travail fastidieux
Les Bases de la Photo-Interprétation 56