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Interprétation des images polarimétriques

Étalonnage des données

L'un des principaux objectifs de la télédétection est la construction de cartes thématiques de la surface de la Terre, indiquant la nature de la surface de chaque point observé par le radar. L'exécution d'un algorithme de classification par un ordinateur permet d'inférer la nature de la surface à partir des données polarimétriques. Il assigne à des pixels, ou des groupes de pixels, une classe de terrain pour laquelle existe une interprétation géoscientifique réelle.

Un radar polarimétrique permet de mesurer un plus grand nombre de paramètres qu'un radar monocanal. On devrait donc pouvoir classifier les images avec plus de précision. Toutefois, pour obtenir une classification précise, on doit surmonter de nombreux obstacles : bruit de mesure, complexités de l'étalonnage du système, compréhension des mécanismes de diffusion, confusion de ces divers mécanismes dans un seul pixel ou groupe de pixels. Nous nous intéressons dans ce chapitre aux problèmes d'étalonnage et d'interprétation des images. Le chapitre 7 présente les détails des algorithmes de classification.

6.1 Étalonnage des données

L'étalonnage constitue l'une des difficultés critiques de l'utilisation des radars polarimétriques puisqu'une grande partie des données fournies par les systèmes de radar polarimétriques est sous la forme de rapports d'amplitudes et de différences de phase de l'onde rétrodiffusée dans les quatre combinaisons de polarisations. Un étalonnage insuffisamment précis se traduira par une mauvaise interprétation de diffusion et donc à une perte des avantages de l'utilisation de plusieurs polarisations.

On arrive à étalonner les données en exploitant la conception du système et en analysant les observations. Considérons, par exemple, l'onde renvoyée par le réflecteur trièdre (en coin), dont la signature polarimétrique est montrée à la Figure 6-1. La réponse idéale est caractérisée par une matrice de diffusion identité :
     Equation 6.1
Elle n'est possible que si les quatre canaux ont le même gain, que les différences de phase entre les canaux soient corrigées à zéro, qu'il n'y ait pas d'échange d'énergie (interférence) d'un canal à l'autre, et qu'il n'y ait pas de bruit de réception. Aucun système radar n'a ces caractéristiques idéales, mais si on peut mesurer ces déséquilibres, on pourra, lors de l'étalonnage, les corriger largement.

Lors de la conception du radar, on devrait harmoniser les gains et les phases des canaux avec le plus de soin possible. Pour équilibrer les phases, on devra s'assurer que les trajets de tous les canaux sont de la même longueur. Lors de sa fabrication, on intègre souvent au système des émetteurs de signaux d'étalonnage qui permettront de mesurer le déséquilibre entre les canaux.

L'analyse des données reçues de cibles particulières nous permet de mesurer et corriger le déséquilibre entre les canaux (amplitude et phase), l'interférence et le bruit. Ainsi, en plus d'analyser la réponse du système à ses signaux d'étalonnage interne, on pourra étalonner certains des paramètres à partir de signaux de sources connues : réflecteurs polyédriques (dièdres, trièdres, etc.), transpondeurs actifs, fouillis uniforme et ombre radar.

On a mis au point plusieurs méthodes d'étalonnage, certaines destinées à un capteur particulier van Zyl 1990, Zebker et al 1991b, Klein et Freeman, Freeman 1992, Touzi et al 1993, Quegan, Hawkins et al, Luscombe. Une difficulté commune est la variation des paramètres d'étalonnage en fonction de l'angle de site (caractéristiques de l'antenne) et de l'angle d'incidence (caractéristiques de la diffusion). La procédure d'étalonnage devra tenir compte des variations de distance de la scène.

En plus de compenser les déséquilibres dans le système, l'étalonnage doit résoudre des problèmes d'interprétation des valeurs du gain absolu et de position géométrique des échantillons analysés. On place habituellement sur le sol des réflecteurs polyédriques des étalonneurs radar actifs pour régler ces problèmes. Pour le positionnement géométrique, on utilise un simple réflecteur, peu coûteux, fait d'un grillage métallique (figure 6 1). Toutefois, on utilisera un réflecteur polyèdre construit avec grande précision ou un étalonneur radar actif pour les mesures précises du gain (figure 6-2).

Figure 6-1 : « Réflecteur en coin » de 1,4 mètre utilisé pour l'étalonnage géométrique. Les surfaces internes se croisent à 90° et sont couvertes d'un grillage conducteur afin de produire une rétrodiffusion intense. Bob Hawkins, spécialiste de l'étalonnage du Centre canadien de télédétection est l'heureux père.

Figure 6-2 : Petit (40 cm) et grand (140 cm) réflecteurs trièdres, utilisés par le Centre canadien de télédétection pour l'étalonnage radar. À basse fréquence, on utilise de plus grands réflecteurs puisque la puissance du signal renvoyé est proportionnelle au carré de la fréquence du radar.

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