Balayage multispectral

Contrairement aux capteurs photographiques, plusieurs capteurs électroniques acquièrent leurs données en utilisant un système à balayage. Ce système utilise un capteur dont le champ de vision instantanée (CVI) est étroit, mais qui balaie la surface de façon à en produire une image bidimensionnelle de la surface. Les systèmes à balayage peuvent être utilisés sur des plates-formes aériennes ou spatiales, et opèrent essentiellement de la même façon. Un système à balayage qui utilise plusieurs longueurs d'onde pour acquérir les données est appelé un balayeur multispectral (BMS). Ce dernier système est le plus commun. Il y a deux méthodes principales (ou modes) de balayage pour amasser des données multispectrales : le balayage perpendiculaire à la trajectoire et le balayage parallèle à la trajectoire.

Le balayage perpendiculaire à la trajectoire ratisse la Terre en une série de lignes. Le balayage s'effectue d'un côté du capteur à l'autre, en utilisant un miroir rotatif (A). La radiation atteignant le capteur est divisée en plusieurs composantes spectrales qui sont détectées séparément. L'UV, le visible, le proche infrarouge et l'infrarouge sont séparés selon leurs longueurs d'onde. Un ensemble de détecteurs (B) internes, sensibles à chacune des bandes spectrales, mesurent et enregistrent l'énergie en convertissant le signal électrique produit par les détecteurs en données numériques.

Le CVI (C) du capteur et l'altitude de la plate-forme déterminent la dimension de la cellule de résolution au sol (D) et la résolution spatiale. Le champ de vision angulaire (E) est déterminé par le balayage effectué par le miroir. Ce champ de vision est mesuré en degrés et détermine la largeur du couloir-couvert (F). Les balayeurs à bord d'aéronefs balaient de grands angles de 90 à 120 degrés, alors que ceux qui sont sur plate-forme spatiale balayent de petits angles de 10 à 20 degrés, mais couvrent quand même une grande région grâce à leur altitude plus élevée. Comme la distance entre le capteur et la cible augmente en allant vers le bord du couloir-couvert, la cellule de résolution augmente aussi, ce qui cause de la distorsion géométrique dans l'image. Le temps de résidence est un facteur influençant la résolution spatiale, spectrale et radiométrique de ce genre de système. La résolution est influencée par le temps de résidence, ce laps de temps généralement assez court où le CVI est orienté vers une cellule de résolution au sol.

Le balayage parallèle à la trajectoire utilise aussi le mouvement de la plate-forme afin d'enregistrer les données le long de lignes successives et de construire une image bidimensionnelle. Le miroir est cependant remplacé par un ensemble de détecteurs alignés (A) et situé sur le plan focal de l'image (B) formée par un système de lentilles (C). Ces détecteurs sont "poussés" le long de la trajectoire de la plate-forme. Ces systèmes sont parfois appelés balayeur à barrettes. Les détecteurs individuels mesurent l'énergie pour une cellule de résolution au sol (D). Le CVI détermine donc la résolution spatiale du système. Un ensemble distinct de détecteurs est nécessaire pour chacune des bandes spectrales. L'énergie est détectée électroniquement par chacun des détecteurs de chacun des ensembles linéaires de détecteurs. Les données sont ensuite enregistrées numériquement.

Le balayage parallèle à la trajectoire, qui utilise des ensembles linéaires de détecteurs, présente plusieurs avantages par rapport au balayage perpendiculaire à la trajectoire, qui utilise un miroir. L'ensemble de détecteurs, combiné au mouvement de balayage, permet d'avoir un temps de résidence plus long pour chacune des cellules de résolution au sol. Ceci permet aux détecteurs de capter plus d'énergie provenant de chaque cellule de résolution, ce qui améliore la résolution radiométrique. Le temps de résidence accru permet d'avoir un CVI plus petit, ainsi que de plus petites bandes spectrales. Ces systèmes ont donc des résolutions spatiale et spectrale plus fines, sans pour autant réduire la résolution radiométrique. De plus, comme les détecteurs sont des dispositifs micro-électroniques, ils sont généralement plus petits, plus légers, nécessitent moins d'énergie, sont plus fiables et plus durables car ils n'ont pas de pièces mobiles. En contrepartie, le calibrage de milliers de détecteurs dans le but d'obtenir une sensibilité uniforme pour l'ensemble du système est une tâche nécessaire mais compliquée.

Peu importe le système de balayage utilisé, ces systèmes possèdent des avantages marqués sur les systèmes photographiques. Les systèmes photographiques sont limités à l'utilisation de bandes spectrales dans le visible et dans la proche infrarouge, tandis que les BMS peuvent aussi utiliser l'infrarouge. Les BMS ont aussi une résolution spectrale supérieure aux systèmes photographiques. Les systèmes photographiques multispectraux utilisent des lentilles distinctes pour détecter chacune des bandes spectrales. Il est donc difficile de s'assurer que les résolutions spatiale et radiométrique de chacune des bandes sont semblables et qu'elles demeurent inchangées entre deux images. Les BMS détectent toutes les bandes simultanément en utilisant le même système optique, ce qui permet de contourner ces problèmes potentiels. Les systèmes photographiques enregistrent l'énergie détectée au moyen de processus photochimiques pour lesquels il est plus difficile de faire des mesures et de contrôler la fiabilité. Comme les données provenant des BMS sont enregistrées électroniquement, il est plus facile de déterminer la quantité d'énergie détectée et d'augmenter la résolution radiométrique. Pour les systèmes photographiques, il est nécessaire de fournir continuellement de la pellicule à l'appareil, et de faire le développement de cette pellicule une fois au sol. Les BMS facilitent la transmission des données vers une station de réception sur la Terre, et le traitement immédiat de ces données par un ordinateur.

Le saviez-vous?

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Il existe un équivalent photographique au capteur à barrettes : c'est l'appareil photographique à obturateur à fente. Cet appareil n'a pas vraiment d'obturateur, mais une fente (A) qui se déplace perpendiculairement à la direction de vol et qui expose la pellicule (B) qui se déplace de façon continue (C) devant la fente. La vitesse de déplacement de la pellicule doit être proportionnelle à la vitesse-sol (D) de la plate-forme. De plus, on doit ajuster la sensibilité aux conditions de vol au moment de l'acquisition. La largeur de la fenêtre (E) peut aussi être ajustée pour contrôler la durée d'exposition. Le résultat n'est pas une série de photos successives mais une bande-image continue. Il est aussi possible d'obtenir un stéréo-couple par cette méthode en utilisant un système à deux lentilles égèrement décalées, chacune exposant une moitié de la largeur de la pellicule.