Qu'est-ce que l'extraction d'information thématique?

Il s'agit de définir un protocole d'analyse de données (une méthodologie) susceptible de fournir des produits indicateurs de caractéristiques d'intérêt (l'"information thématique") concernant une observable particulière.
Dans mon cas, le but était de produire des cartes apportant une information directe, facilement interprétable, voire utilisable à des fins de décision, sur l'état des cultures.

Qu'est-ce que la réflectance, le spectre de réflectance?

Lorsqu'on éclaire une surface quelconque, celle-ci refléchit la lumière incidente en totalité ou en partie, en raison de divers phénomènes optiques. Par exemple, à l'échelle de la structure de la feuille, les cellules absorbent une partie de la lumière, se font traverser par le reste, et les rayons peuvent se réfléchir plusieurs fois sur la paroi de différentes cellules. A l'échelle de la plante, ou de la canopée, il va donc y avoir des rayons absorbés en partie, traversant les feuilles, se réfléchissant sur diverses feuilles parfois plusieurs fois avant de ressortir du couvert végétal. C'est le phénomène de diffusion. Mieux vaudra se référer à un bon ouvrage d'optique pour une définition précise de ces termes!

Ces différents phénomènes physiques induisent des modifications de l'onde lumineuse depuis son incidence sur la surface, et en particulier sur sa polarisation et/ou son intensité, dépendantes de la longueur d'onde. En bref, l'énergie lumineuse Ir finalement réfléchie est différente de l'énergie incidente Ii. Le rapport de ces deux quantités définit la réflectance de la canopée. Le spectre de réflectance est alors l'expression de la réflectance en fonction de la longueur d'onde.

Ce spectre présente des bandes d'absorptions dans certaines longueurs d'ondes, la position et l'amplitude de ces bandes étant caractéristiques de la composition du matériaux de surface. Pour les applications concernant les roches ou la végétation, le domaine d'étude de la spectroscopie de réflectance se situe en général dans le visible (d'environ 0,40 à 0,80 micromètres) et le proche infra-rouge (d'environ 0,80 à 1,00 micromètres), car c'est dans ce domaine que se trouvent les bandes d'absorption du fer pour le premier cas, ou de la chlorophylle pour le deuxième cas. L'un des intéreêts de la spectroscopie de réflectance est d'avoir accès à la composition d'une surface à distance, sans destruction et analyse chimique. Par ailleurs, grâce à, l'effet de la structure cristalline d'une roche ou cellulaire d'une plante sur la diffusion de la lumière, il est possible de déterminer des paramètres structuraux de la surface en analysant le spectre de réflectance. Pour tout savoir sur la physique qui gouverne la spectroscopie de réflectance, consultez le cours (en anglais) du Pr. Roger N. Clark sur les principes de la spectroscopie. Vous pouvez consulter ici un petit schéma récapitulatif de la couleur correspondant à aux différentes longueurs d'ondes.

Qu'est-ce que l'imagerie hyperspectrale?

Une méthode originale permet de coupler l'analyse spectrale à l'analyse spatiale, c'est à dire l'imagerie. Elle consiste à acquérir plusieurs images numériques de la même scène dans plusieurs longueurs d'onde. Ainsi, n'importe quel voxel (pixel volumique) donne directement l'information de réflectance de la surface photographiée. C'est l'imagerie multi- ou hyper- spectrale.

"Sémantiquement", lorsque ce nombre de bandes est seulement de l'ordre de 3 à 6 ou 10 (SPOT, Clementine) on dit couramment que le jeu de données est "multispectral". La plupart du temps, la bande passante de chaque canal est assez large (plusieurs dizièmes de microns). Au delà et jusqu'à une vingtaine (MIVIS, CASI), on dit parfois "superspectral", et si ce nombre est nettement supérieur jusqu'à environ 250 pour certains instruments tels que AVIRIS) on dira sans hésiter "hyperspectral". Pour ces capteurs, la bande passante des canaux est extrêmement réduite, d'environ 20 nanomètres.
Le principe restant le même entre super et hyper, je n'emploie en général que le seul terme d'hyperspectral.... (et comme dit le proverbe "qui peut le plus, peut le moins").

Pour en savoir plus sur l'imagerie hyperspectrale, les instruments, les applications, etc... consultez les sites référencés ici.

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