Vincent GODARD

Département de Géographie

Université de Paris 8

V.1.5 - Dernière mise à jour : 14/03/2025

 

Fiche Mémo n°3.2. du cours de Télédétection niveau 2 :

Performances des capteurs

 

Fonction de leurs caractéristiques spatiales, spectrales, radiométriques, ...

 

1. Caractéristiques spatiales

1.1. Champ instantané d'observation* (CIO)

(IFOV : Instantaneous Field of View)

Indique la dimension de la surface terrestre visible à l'instant t

dépend de l'ouverture du dispositif optique du capteur exprimé en radian

tab. 1 - Champ instantané et champ total d'observation de quelques capteurs

Satellite
Capteur
Mode
Altitude
Champ Instantané d'Observation (CIO)
Résolution spatiale
(côté du "pixel")
Champ Total d'Observation (CTO)
NOAA 5
AVHRR
-
1 515 km
1,3 mrd
1,1 km
2 700 km
Landsat 1, 2 et 3
MSS
-
920 km
0,086 mrd
79 m
185 km
SPOT 1, 2 et 3
HRV 1 et 2
XS
830 km
0,024 mrd
20 m
60 km
P
830 km
0,012 mrd
10 m
60 km
QuickBird 2
QuickBird sensor
MS
482 / 450* km
nc
2,62 / 2,44* m
18 / 16,5* km
P
482 / 450* km
nc
0,65 / 0,61* m
18 / 16,5* km
* descente de l'altitude entre avril 2011 et début 2013

d'après ROBIN 1995 pp. 87-88 et DigitalGlobe

 

1.2. Champ total d'observation* (CTO)

Correspond à une ligne d'enregistrement

- Pour les radiomètres à balayage

dépend de l'angle d'oscillation du miroir

Ex. : MSS a un angle d'oscillation de 11° (0,201 rd)

CTO = 920 km * 0,201 rd = 185 km

fig. 1 - Résolution spatiale et angle de visée


Source BONN 1992 p.193

- Cette bande étroite s'élargit lorsque l'on s'éloigne de la trace

- faible déformation si l'angle est étroit (MSS, SPOT)

- forte déformation lorsque l'angle est plus fort (NOAA, Météosat)

 

1.3. Tache-échantillon (tachel) et pixel

Dépend de la fréquence d'échantillonnage du signal de sortie du détecteur.

Tachel : syn. pixel*

- Dans le cas des capteurs passifs

Ex. : MSS, 10 ms sépare 2 mesures successives

elles caractérisent 2 pixels jointifs

- Comme le balayage au sol est de 5,61 m / ms

une valeur de luminance est enregistrée tous les 56 m

- Donc le pixel MSS fait 56 * 79 m

d'où recouvrement des taches élémentaires (IFOV de 79 * 79 m)

La dimension de la tache échantillon définit la résolution spatiale* du capteur

- Dans le cas des capteurs actifs (radars)

On distingue une résolution :

- longitudinale qui dépend de la longueur d'antenne

- transversale qui dépend de la durée du paquet d'impulsion émis

Avec les Antennes à Ouverture Synthétique (SAR) la résolution longitudinale a été améliorée (utilise la vitesse du satellite comme facteur résolvant).

- La résolution spatiale détermine l'échelle des futurs documents cartographiques produits

tab. 2 - Relation entre taille du pixel et échelle cartographique

Résolution spatiale
Échelle cartographique type
1 000 m
1/1 500 000
80 m
1/200 000
30 m
1/80 000
20 m
1/50 000
10 m
1/25 000
5 m
1/12 500
1 m
1/2 500
Source : d'après documents Spot Image

 

Pratiquement, pour un capteur, la résolution spatiale est appréciée par les dimensions de son pixel.

 

2. Caractéristiques spectrales et radiométriques

2.1. Résolution spectrale d'un capteur

La résolution spectrale* :

- exprime le pouvoir séparateur des signaux de longueurs d'onde () différentes

- dépend du dispositif de filtrage optique qui sépare des bandes ± larges

tab. 3 - Largeur des bandes de quelques capteurs

Satellite
Capteur
Bande
en
Amplitude
Résolution spatiale
SPOT 1 à 3
HRV 1 et 2
Panchro
0,51 à 0,73
0,22
10
SPOT 1 à 4
HRV(IR) 1 et 2
B1 (ex XS1) - Vert
0,5 à 0,59
0,09
20
B2 (ex XS2) - Rouge
0,61 à 0,68
0,07
20
B3 (ex XS3) - PIR
0,79 à 0,89
0,10
20
SPOT 4
HRVIR 1 et 2
B4 - MIR
1,58 à 1,75
0,17
20
B2 (ex XS2) - Panchro
0,61 à 0,68
0,07
10
Landsat 7
ETM+
TM1 - Bleu
0,45 à 0,52
0,07
30
TM2 - Vert
0,52 à 0,60
0,08
30
TM3 - Rouge
0,63 à 0,69
0,06
30
TM4 - PIR
0,76 à 0,90
0,14
30
TM5 - MIR 1
1,55 à 1,75
0,20
30
TM7 - MIR 2
2,08 à 2,35
0,27
30
Panchro
0,50 à 0,90
0,40
15
TM6 - Thermique
10,4 à 12,5
2,10
60
QuickBird-2
QuickBird sensor
Bleu
0,430 à 0,545
0,115
0,65
Vert
0,466 à 0,620
0,154
0,65
Rouge
0,590 à 0,710
0,120
0,65
PIR
0,715 à 0,918
0,203
0,65
Panchro
0,405 à 1,053
0,648
2,62
ETM+ (Enhanced Thematic Mapper plus)

Sources : Spot Image, Centre Canadien de Télédétection, DigitalGlobe

Également :

- le HCMR n'avait qu'une bande de 0,5 à 1,1

- le S192 du Skylab avait 10 bandes de 0,41 à 1,30

Pour un capteur, la résolution spectrale est donc sa capacité à distinguer deux longueurs d'onde () voisines

 

2.2. Résolution radiométrique d'un capteur

- La résolution radiométrique* c'est la possibilité de distinguer :

- des signaux électromagnétiques d'énergie différente ;

- des niveaux d'énergie dans une bande spectrale considérée.

Par exemple,

AVHRR sur Tiros N apprécie des écarts de T° de 0,125°C.

- La résolution radiométrique peut également être fonction du codage de l'information

fig. 2 - Comparaison d'un codage sur 2 bits (4 niveaux de gris) et 8 bits (255 niveaux de gris)

Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

Un rappel sur le codage des bits informatiques est proposé en annexe 1.

 

 - La résolution radiométrique n'est pas aussi "homogène" qu'il y paraît.

Elle dépend des longueurs d'onde et du type de radiomètres

 La résolution radiométrique des capteurs OLI et TIRS de Landsat 8 est de 12 bits Landsat 8, USGS mais 16 bits sont transmis FAQ USGS.

 

On lira avec intérêt la relation qui unit les résolutions spectrales, radiométriques et spatiales sur le site du Centre Canadien de Télédétection, dans la rubrique "Le saviez-vous ?".

    Plus récent, sur l'excelent site de Briques de Géomatique, Les quatre résolutions associées à un capteur !

 

3. Résolution temporelle

La résolution temporelle* c'est la possibilité de fournir :

pour un pas de temps connu des informations sur un même lieu.

Cette résolution est fonction :

- du système d'acquisition (cycle orbital, dépointage des objectifs, ...)

tab. 4 - Répétitivité des observations dans le cas d'un seul satellite SPOT

Latitude

0°

45°

Nombre d'observations (théoriques) en 26 jours (durée du cycle orbital)

7

11

Nombre d'observations (théoriques) par an

98

157

Écart (théorique) entre deux observations

3,7 jours

2,4 jours

Sources : Spot Image

- des conditions météorologiques, ...

 

Enfin, la qualité des informations fournies par le capteur dépend :

- de la fiabilité de ses caractéristiques au cours de sa durée de vie ;

- de la calibration des capteurs

- Précalibration avant la mise sur orbite

- Calibration en vol sur des cibles ou zones tests

- Canal du visible de HCMR (Heat Capacity Mapping Radiometer embarqué sur le HCMMission), ou de SPOT

Sulfate de Baryum et zone de White-sands au Nouveau Mexique

- Canal du thermique de HCMR

Visée de l'espace assimilé à 1 corps noir à 0°K

+ corps noir thermostaté embarqué

+ vérification sur zone-tests


4. Durée de vie

Il ne faut pas confondre la durée de vie nominale* et la durée de vie réelle.

La durée de vie :

 fig. 3 - Durée de vie réelle (avant la chute) des satellites artificiels en fonction de l'altitude

chute satellites

Source : Le Monde Sciences du 03/03/2021


Mais la durée de vie d'un satellite peut être abrégée par la rencontre avec des débris

 fig. 4 - Croissance du nombre de débris spatiaux

débris

Source : Le Monde du 18/02/2020


5. Test de compréhension

Communiquez-moi sur la plateforme Moodle, à la rubrique travaux, les réponses aux questions suivantes :

 

Question n°3.2.1. Quel est le capteur qui a le CTO le plus large :

a) AVHRR

c) SPOT

b) MSS

d) TM

Question n°3.2.2. Quelle est la bande qui a la résolution spectrale la plus fine :

a) B2 (ex XS2) de SPOT

c) TM6 de Landsat

b) TM3 de Landsat

d) bleue de QuickBird

Question n°3.2.3. La résolution temporelle est plus fine à la latitude de :

a) 0°

c) 45°

b) 23° 26' (latitude du tropique du Cancer)

d) 66° 33' 44" (latitude du cercle Arctique)

 

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NB : les mots suivis de "*" font partie du vocabulaire géographique, donc leur définition doit être connue. Faites-vous un glossaire.