Imagerie hyperspectrale
L'imagerie hyperspectrale ou spectro-imagerie est une technologie permettant d'obtenir l'image d'une scène dans un grand nombre (généralement plus d'une centaine) de bandes spectrales à la fois étroites et contigües. Elle permet en premier lieu de déterminer la composition chimique d'une surface photographiée et en fournit des indications sur la concentration de ceux-ci et les propriétés physiques. Elle est également utilisée dans différents processus industriels principalement pour la détermination de la qualité des produits. L'imagerie hyperspectrale est utilisée dans les prises d'images réalisées à bord d'avion depuis les années 1990 et à bord de satellites d'observation depuis la fin des années 2000.
Définition[modifier | modifier le code]
L'imagerie hyperspectrale est une technique qui permet d'obtenir une image d'un sujet dans des centaines de bandes spectrales contiguës ce qui permet de produire un spectre de réflectance complet pour chacun des éléments individuels (pixels) composant l'image. La résolution spatiale d'une image hyperspectrale est moyenne mais par contre la résolution spectrale est généralement inférieure à 10 nanomètres. Cette technique se différencie de l'imagerie spectrale, technique ancienne qui restitue une image dans un nombre de bandes spectrales limité (jusqu'à 15), larges et discontinues[1]. L'imagerie hyperspectrale est utilisée principalement en lumière visible et proche infrarouge (0,4-2,5 µm). Mais elle peut également être utilisée dans le moyen infrarouge (3-5 μm et 8-12 μm, bandes II et III) et l'infrarouge thermique et des prototypes sont évalués pour l'observation des micro-ondes.
Méthodes d'acquisition d'une image hyperspectrale[modifier | modifier le code]
Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour l'acquisition d'une image hyperspectrale dans le domaine optique (lumière visible, infrarouge). L'instrument dispose d'une optique qui fournit une image à l'entrée d'un spectrographe. Ce dernier utilise un élément dispersif ou à transformation de Fourier.
Applications[modifier | modifier le code]
Une image hyperspectrale fournit pour chaque pixel une caractéristique du matériau photographié qui prend la forme d'un vecteur à plusieurs centaines de dimensions (autant que de bandes spectrales). Les applications sont nombreuses. Par exemple[2] :
- Dans le domaine de l'agriculture : détermination du stress hydrique, détection de parasites.
- Dans le domaine environnemental : détection et suivi de la pollution, mesure de la qualité de l'air.
- Dans le domaine de l'astrophysique : caractérisation des étoiles et des exoplanètes.
- Dans le domaine culturel : analyse d’œuvres d'art (peintures, fresques) pour restauration.
- Dans le domaine archéologique: pour l'analyse en archéométrie des vestiges, parfois directement sur le site de découverte[3]
- Industrie alimentaire : contrôle qualité, identification de matériaux étrangers
- Industrie minière : tri des minerais, analyse des roches
- Industrie papetière : contrôle qualité du papier.
- Tri des déchets ménagers.
- Dans la cosmétique et en médecine (en utilisant la caméra d'un téléphone mobile)[4],[5].
Quelques exemples de caméras hyperspectrales[6] :
| Instrument | Opérateur | Type | Support | Date | Bande spectrale | Nbre bandes et largeur | Type capteur | Utilisation | Autre information |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AVIRIS [7] | JPL | Instrument aéroporté | 1989 | 360 - 2500 nm | 224 (10 nm) | Première caméra hyperspectrale utilisée à des fins opérationnelles | Résolution spatiale 20 m. | ||
| HIS[8] | CNSA | Satellite | HJ-1B | 2008 | 450-950 | 110-128 | Pushbroom (en) | Suivi des désastres | Résolution spatiale 100 m. |
| HySIS[9] | ISRO | Satellite | HySIS | 2018 | 400-950 nm | 55 (10 nm) | Pushbroom | Surveillance des ressources agricoles et forestières | Résolution spatiale 30 m. |
| PRISMA[10] | Agence spatiale italienne | Satellite | PRISMA | 2019 | 400-2500 nm | 250 (< 12 nm) | Pushbroom | Surveillance des ressources naturelles, démonstrateur technologique | Résolution spatiale 30 m. |
| HSI[11] | DLR | Satellite | EnMAP | 2021 | 420-2450 | 228 (6,5 nm et 10 nm) | Pushbroom | Résolution spatiale 30 m. | |
| HISUI[12] | JAXA | Satellite | ALOS-3 | 2021 | 400-2500 | 185 (10 nm et 12,5 nm) | Pushbroom | Gestion des ressources minières, suivi des productions agricoles, surveillance environnement, agriculture | Résolution spatiale 30 m. |
| Chime[13] | ESA | Satellite | Chime | 2029 | |||||
| HyMAS[14] | NASA | Instrument aéroporté | ? | 60-183 GHz | 52 | Réseau d'antennes | Sondage atmosphérique - Démonstrateur technologique caméra hyperspectrale micro-ondes | Résolution verticale 1 km. | |
Exploitation des mesures effectuées[modifier | modifier le code]
Le traitement des données hyperspectrales est complexe car il faut manipuler d'énormes volumes de données et l'extraction de données pertinentes nécessite de mettre au point des algorithmes complexes spécifiques à chaque type d'utilisation. Pour les instruments embarqués à bord de satellites, la taille des images impose la mise au point d'un processus de compression afin d'être compatible avec les capacités de stockage et de transmission de l'engin spatial. L'exploitation des données fournies par ces instruments est un domaine de recherche actif[15].
Notes et références[modifier | modifier le code]
- Société française de photogrammétrie et télédétection, « Imagerie hyperspectrale - Principes de l'imagerie hyperspectrale » (consulté le )
- (en) Groupe de Synthèse Hyperspectral, Synthèse sur l’imagerie hyperspectrale, CNES, , 90 p. (lire en ligne)
- (en) Claudia Sciuto, Federico Cantini, Rémy Chapoulie et Corentin Cou, « What Lies Beyond Sight? Applications of Ultraportable Hyperspectral Imaging (VIS-NIR) for Archaeological Fieldwork », Journal of Field Archaeology, vol. 47, no 8, , p. 522–535 (ISSN 0093-4690 et 2042-4582, DOI 10.1080/00934690.2022.2135066, lire en ligne, consulté le )
- « IL MAKIAGE fait l'acquisition de la première start-up israélienne de vision par ordinateur, Voyage81 », Business Wire, (lire en ligne, consulté le ).
- « Un dispositif pour les plaies », Sciences et Avenir, , p. 16
- (en) Groupe de Synthèse Hyperspectral, Synthèse sur l’imagerie hyperspectrale, CNES, , 90 p. (lire en ligne), p. 9-58
- (en) « AVIRIS », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
- (en) « HJ-1 », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
- (en) « HySIS (HyperSpectral Imaging Satellite) », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
- (en) « Minimize PRISMA Hyperspectral », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
- (en) « EnMAP », sur EO Portal, DLR (consulté le )
- (en) « ALOS-3 », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
- (en) « Chime (Copernicus) », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
- (en) « HyMAS », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le )
- (en) Jocelyn Chanussot, « Imagerie hyperspectrale : voir l'invisible », sur INS2I, CNRS,
Bibliographie[modifier | modifier le code]
- (en) Groupe de Synthèse Hyperspectral, Synthèse sur l’imagerie hyperspectrale, CNES, , 90 p. (lire en ligne)Rapport de 2008 réalisé par un groupe de travail organisé par l'agence spatiale française sur les applications de l'imagerie hyperspatiale dans le domaine de la défense et de la science.
Voir aussi[modifier | modifier le code]
Articles connexes[modifier | modifier le code]
Liens externes[modifier | modifier le code]
- « Principe de l’imagerie hyperspectrale – Imagerie hyperspectrale » (consulté le )
- Jean Dellinger, Imagerie hyperspectrale en champ proche optique : développement et applications à la nanophotonique (thèse en doctorat de physique de l’Université de Bourgogne), (lire en ligne [PDF]).
