Imagerie hyperspectrale

copyright © Onera-Institut d'Optique - Tous droits réservés
Sur cette image en fausses couleurs, le rouge correspond à de la lumière émise dans le proche infrarouge. Dans cette partie du spectre¹, la chlorophylle réfléchit fortement : on sépare ainsi très nettement la végétation du reste de l’image.

Ce que l’on appelle image hyperspectrale est en réalité toute une série d’images de la même scène, mais prises dans plusieurs dizaines de longueurs d’onde – qui correspondent à autant de « couleurs ». Une telle mesure fournit de nombreuses informations sur les propriétés physiques des objets observés. La spectro-imagerie aéroportée est ainsi d’une grande utilité pour l’étude et la surveillance de l’environnement.

Afin de se forger une expertise dans ce domaine, en préparation d’un projet de spectro-imageur infrarouge embarqué, l’Onera et l'Institut d'optique ont conçu et réalisé une caméra hyperspectrale de démonstration pour le domaine visible. Cet appareil est constitué d’un système d’imagerie classique en noir et blanc, devant lequel a été placé un interféromètre*. Les interférences crées par ce dernier modulent spatialement l’image formée sur le détecteur (voir image ci-dessous) et permettent ainsi de mesurer l’information spectrale recherchée.

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Les interférences crées par l'interféromètre modulent spatialement l’image formée sur le détecteur et permettent ainsi de mesurer l’information spectrale recherchée.

Les images que nous présentons ici ont été les premiers résultats opérationnels de cet instrument. Elles ont été acquises dans le sud de la France, au-dessus des Salins de Giraud, la caméra étant à bord d’un hélicoptère Puma de DGA Essais en Vol (Istres). Les images présentées ici sont extraites d’une image spectrale ayant plus d’une soixantaine de bandes, et dont le pas au sol est de 70 centimètres. L’image ci-dessous est le résultat obtenu lorsque l’on en combine seulement trois correspondant plus ou moins à la sensibilité de l’œil : on reconnaît la végétation en vert, les toits de tuiles en rouge, et les routes ainsi que la caillasse en gris. Pour obtenir l’image de haut de page, nous avons affiché en rouge l’image correspondant à une longueur d'onde dans le proche infrarouge. Dans cette partie du spectre, la chlorophylle réfléchit fortement : on sépare ainsi très nettement la végétation du reste de l’image.

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Cette image à 3 couleurs est le résultat obtenu lorsque l’on combine seulement trois images "élémentaires" correspondant plus ou moins à la sensibilité de l’œil : on reconnaît la végétation en vert, les toits de tuiles en rouge, et les routes ainsi que la caillasse en gris.

Images : équipe intégrée Onera / Institut d'optique, coordonnée par Christophe Coudrain, ingénieur au département d'Optique théorique et appliquée

Texte : Yann Ferrec, ingénieur de recherche au département d'Optique théorique et appliquée de l'Onera

Lexique

• Spectre
  Le spectre de la lumière est la décomposition de la lumière selon ses différentes composantes en terme de fréquence, d'énergie des photons de longueur d'onde, ou encore de couleur associées.
  Le spectre de la lumière, de l'ultraviolet à l'infrarouge, en passant par les couleurs de l'arc-en-ciel.

• Interféromètre
  Un interféromètre est un instrument de mesure qui exploite les phénomènes d'interférences dues aux ondes électromagnétiques, à la lumière en particulier. Parmi de nombreuses applications, il permet mesurer précisément - et de séparer - les longueurs d'ondes de la lumière qu'il recueille.