État actuel et perspectives de développement de la technologie de télédétection hyperspectrale dans mon pays

technologie de télédétection hyperspectrale  

La télédétection hyperspectrale est une technique qui utilise une gamme spectrale étroite et continue pour imager en continu les caractéristiques du sol. Elle repose sur l'imagerie et la spectroscopie. Contrairement aux radiomètres terrestres, la télédétection hyperspectrale acquiert des mesures spectrales sur une zone spatiale continue, et non en un point unique, permettant ainsi l'acquisition simultanée d'informations spectrales et d'image de la cible. Comparés aux techniques de télédétection traditionnelles, les spectromètres imageurs hyperspectraux offrent une bande d'imagerie très étroite pour chaque pixel, atteignant des résolutions de l'ordre du nanomètre, avec des dizaines, voire des centaines, de canaux spectraux, souvent connectés en continu.

Comparée à la télédétection traditionnelle, la télédétection hyperspectrale permet d'obtenir davantage d'informations spatiales spectrales et offre un champ d'application plus vaste en observation de la Terre et en études environnementales. Ceci se traduit principalement par une nette amélioration de la distinction et de l'identification des caractéristiques du terrain, une augmentation significative du nombre de canaux d'imagerie et la possibilité de passer d'une analyse qualitative à une analyse quantitative ou semi-quantitative.

État actuel du développement de la technologie de télédétection hyperspectrale dans mon pays

Dans mon pays, la technologie de télédétection hyperspectrale a démarré relativement tard, mais sous l'impulsion des besoins socio-économiques croissants et urgents du pays, la télédétection aéroportée et spatiale a bénéficié d'opportunités de développement sans précédent et s'est développée rapidement.

25/03/2002

Le 25 mars 2002, le vaisseau spatial Shenzhou-3 a transporté un spectromètre imageur à résolution moyenne développé indépendamment par mon pays, faisant de la Chine le deuxième pays à envoyer une charge utile hyperspectrale dans l'espace, après que les États-Unis aient transporté un spectromètre imageur sur leur satellite Terra dans le cadre du système d'observation de la Terre.

24 octobre 2007

Le 24 octobre 2007, la sonde lunaire Chang'e-1 a été lancée, emportant avec elle un spectromètre imageur en orbite lunaire. Il s'agissait du premier spectromètre imageur interférométrique spatial chinois basé sur la transformée de Fourier.

2008.9.6

Le satellite HJ-1A a été lancé avec succès le 6 septembre 2008 depuis le Centre de lancement de satellites de Taiyuan, simultanément au satellite HJ-1B, lors d'un lancement combiné « une fusée, deux satellites ». Il embarque un imageur hyperspectral et est largement utilisé pour la surveillance atmosphérique, le suivi des changements urbains et les applications marines.

29/09/2011

Lancée le 29 septembre 2011, la sonde Tiangong-1 embarquait un imageur hyperspectral développé par mon pays. Grâce aux données spectrales recueillies par Tiangong-1, d'importantes recherches appliquées ont été menées dans des domaines tels que les ressources terrestres, l'océanographie, la foresterie, la surveillance environnementale urbaine et la surveillance hydrologique et écologique, aboutissant à de nombreux résultats concrets.

2018.5

En mai 2018, Gaofen-5 a été lancé avec succès. Premier satellite d'observation hyperspectrale complet de Chine, il est actuellement le satellite de détection hyperspectrale le plus avancé et celui qui embarque le plus de charges utiles, offre la plus haute résolution spectrale et a nécessité le plus grand défi de développement au sein du projet national « Gaofen ». Ce satellite évolue en orbite géostationnaire et acquiert des données de télédétection hyperspectrale couvrant les bandes spectrales allant de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain.

2019.9

En septembre 2019, les cinq satellites du groupe « Zhuhai-1 » 03 ont été lancés avec succès sur leurs orbites prédéterminées par une fusée porteuse Longue Marche-11 depuis le Centre de lancement de satellites de Jiuquan. Ce groupe 03 comprend quatre satellites hyperspectraux et un satellite vidéo d'une résolution de 0,9 m. Six autres satellites hyperspectraux seront lancés ultérieurement, formant ainsi une constellation de dix satellites hyperspectraux. Cette constellation permettra de raccourcir le cycle de revisite, d'améliorer l'efficacité de l'observation dynamique et d'assurer une réponse rapide pour la surveillance de l'environnement de surface terrestre.

2021.9

Le 7 septembre 2021 à 11 h 01, le Centre de lancement de satellites de Taiyuan, en Chine, a réussi le lancement du satellite Gaofen-5 02 dans l'espace à l'aide d'une fusée porteuse Longue Marche-4C. Ce satellite embarque sept instruments de télédétection. Une fois opérationnel, il servira à la réduction de la pollution à l'échelle nationale, à la surveillance de la qualité de l'environnement, à l'étude de la composition atmosphérique et du changement climatique, et permettra de réaliser des démonstrations d'application de la télédétection hyperspectrale pour la surveillance des polluants, de la qualité de l'air ambiant régional, de la composition atmosphérique et du changement climatique.

Actuellement, la Chine a mis en place et développé avec succès son propre système d'observation de la Terre par télédétection aéroportée et satellitaire, largement utilisé dans les domaines des ressources et de l'environnement, jouant un rôle important dans les études et la gestion des ressources terrestres, végétales et hydriques, les études des ressources géologiques et minérales et la surveillance des catastrophes.

Perspectives d'avenir de la technologie des satellites hyperspectraux  

La bande de détection a été encore élargie.:La résolution temporelle, spatiale et spectrale a encore été améliorée.

À ses débuts, le principal objectif du développement de la télédétection hyperspectrale était d'améliorer la résolution spectrale afin de répondre aux besoins de la télédétection quantitative de haute précision. Grâce aux progrès réalisés dans le domaine des détecteurs haute résolution à grande échelle, tout en continuant d'améliorer la résolution spectrale, cette technologie a commencé à évoluer vers une résolution spatiale plus élevée.

Il existe actuellement divers systèmes satellitaires de télédétection hyperspectrale à l'échelle internationale, couvrant les bandes spectrales allant du visible à l'infrarouge thermique, avec une résolution spectrale nanométrique et un nombre de bandes se chiffrant en centaines. Ceci améliore considérablement la capacité d'acquisition d'informations de télédétection, permettant une analyse précise des composants chimiques solides et liquides de la surface terrestre. Afin d'étudier plus en détail les composants gazeux et les propriétés atmosphériques, la demande de résolutions spectrales encore plus élevées est devenue une tendance incontournable du développement de la télédétection hyperspectrale.

D'autre part, afin de réaliser des observations de télédétection plus précises et plus rapides, et d'obtenir des données de télédétection fiables et opportunes, Les nouvelles caractéristiques de la technologie de télédétection hyperspectrale — haute résolution spatiale, haute résolution spectrale et haute résolution temporelle — deviennent de plus en plus évidentes, lui permettant de s'adapter à de nouveaux domaines d'application tels que les prévisions météorologiques à long terme, la surveillance agricole de précision, les études quantitatives des ressources terrestres et marines et l'analyse en temps réel de l'environnement du champ de bataille.

De nouveaux principes et de nouvelles solutions sont constamment proposés.:Les types de technologies de télédétection hyperspectrale ont été encore enrichis.

Avec le développement et les progrès des technologies de l'information, de l'imagerie et du traitement optique, de nouvelles technologies et solutions de télédétection hyperspectrale émergent constamment. Leurs éléments spectroscopiques fondamentaux évoluent des méthodes dispersives et interférométriques éprouvées vers une approche plus diversifiée. Actuellement, différents schémas spectroscopiques ont émergé, notamment les méthodes à filtre rotatif, à filtre accordé acousto-optique, à filtre accordé à cristaux liquides et la tomographie computationnelle.

Ces dernières années, la spectroscopie d'imagerie instantanée a connu un développement rapide. Capable d'acquérir des données spectrales tridimensionnelles complètes en une seule exposition, elle offre des perspectives prometteuses pour la détection en temps réel. La spectroscopie d'imagerie à ouverture codée (EIDS) est une technique novatrice de spectroscopie d'imagerie instantanée qui applique la théorie de l'acquisition compressée aux spectromètres imageurs. Elle utilise des motifs codés pour moduler l'information spatiale de toutes les longueurs d'onde, enregistre une carte d'intensité des informations spatiales et spectrales de la cible, combinées et codées sur un détecteur matriciel, puis extrait les informations spatiales et spectrales de cette carte d'intensité grâce à un algorithme de reconstruction multi-échelle. La spectroscopie d'imagerie tridimensionnelle (3D-SIS) utilise un élément de segmentation d'image composé de plusieurs miroirs à longue bande inclinés selon différents angles, afin de découper l'image cible en images prises sous différents angles. Ces images sont ensuite transmises à un réseau de lentilles via un prisme dispersif, permettant ainsi d'obtenir les spectres dispersifs des images sous différents angles sur un détecteur matriciel de grande surface. Cette technique relève également de la spectroscopie d'imagerie instantanée.

Acquisition intégrée d'informations multidimensionnelles incluant images, spectres et polarisation

La télédétection hyperspectrale permet l'acquisition intégrée d'informations spectrales et d'images de cibles, répondant ainsi aux besoins de détection de la composition chimique et des caractéristiques morphologiques d'objets terrestres. Cependant, dans d'autres applications, comme l'observation des caractéristiques de surface, l'identification et le suivi de cibles dissimulées, et la détection d'aérosols, notamment pour des cibles distantes constituées des mêmes matériaux (telles que des satellites et des missiles), la spectroscopie d'imagerie perd de son efficacité. Dans ces cas, la détection des informations de polarisation peut s'avérer cruciale.

Les informations de polarisation permettent d'identifier les caractéristiques des angles et la rugosité de surface d'une cible, et de mieux décrire les caractéristiques de diffusion et de réflexion d'une substance. L'introduction d'informations de polarisation dans la technologie de télédétection hyperspectrale permet l'acquisition intégrée d'informations multidimensionnelles telles que des images, des spectres et la polarisation, offrant des technologies et des méthodes de détection plus scientifiques, précises et complètes pour la détection, l'identification et la confirmation des cibles.Lors de la détection et de la reconnaissance de cibles, les images, les spectres et les états de polarisation d'une même cible fournissent des informations multivariées complémentaires. Ces informations permettent d'analyser les nombreuses propriétés physico-chimiques de la cible et d'obtenir ainsi une compréhension plus complète, précise et scientifique de celle-ci. Cette technique trouve d'importantes applications dans le sondage atmosphérique, la surveillance de la qualité de l'eau, l'identification de cibles et la reconnaissance militaire. La recherche sur l'acquisition intégrée d'informations multivariées (images, spectres et polarisation) et l'application de la télédétection hyperspectrale polarisée constituent actuellement un axe de développement majeur pour cette technologie.

L'ère de la télédétection hyperspectrale intelligente et du big data est à nos portes.

Les satellites d'observation hyperspectrale actuels sont principalement pilotés depuis le sol. D'importantes quantités de données hyperspectrales sont stockées et compressées à bord avant d'être transmises aux stations de réception terrestres. Le traitement de ces données au sol permet ensuite d'obtenir des produits de télédétection. Par ailleurs, les paramètres des satellites sont fixes et ne peuvent être ajustés avec précision. Avec l'avènement de l'intelligence artificielle, la combinaison des réseaux neuronaux, de l'apprentissage automatique et d'autres technologies avec l'observation hyperspectrale pour concevoir des systèmes satellitaires « intelligents » – capables d'un étalonnage et d'une optimisation automatiques des paramètres de leur charge utile d'imagerie hyperspectrale embarquée, d'un traitement en temps réel des données embarquées et de la génération de produits – est devenue la tendance de demain. Ces satellites « intelligents » posséderont des capacités de perception et d'adaptation intelligentes, leur permettant de générer des données de haute qualité en temps réel, en fonction des besoins des utilisateurs.

Parallèlement, à mesure que la résolution des instruments de télédétection par imagerie hyperspectrale augmente et que la taille des informations acquises s'accroît, la quantité de données de télédétection recueillies croît également de façon explosive, présentant d'importantes caractéristiques de « big data ». Comment exploiter et extraire efficacement des informations à partir de données de télédétection hyperspectrale, et améliorer l'efficacité de la compression et de la transmission des données sont des questions importantes qui devront être abordées à l'avenir de la télédétection hyperspectrale.

Miniaturisation et allègement des charges utiles de télédétection hyperspectrale

Avec le développement des technologies de télédétection par petits drones et des micro/nanosatellites, la télédétection hyperspectrale évolue vers une réduction des coûts, une plus grande flexibilité, une meilleure intégration et des performances en temps réel accrues. Actuellement, les technologies de télédétection hyperspectrale légères, basées sur de petits drones, présentent un potentiel et une valeur considérables dans des domaines tels que la surveillance des ravageurs et des maladies en agriculture et en foresterie, le tri optique de cargaisons volumineuses, la surveillance de la sécurité, la recherche de cibles et les secours en cas de catastrophe. Parallèlement, les micro/nanosatellites offrent des avantages tels qu'un faible coût, une grande flexibilité, une faible consommation d'énergie et des cycles de développement courts, leur permettant de mener des missions d'exploration spatiale plus complexes.

L'association de la télédétection hyperspectrale et de la technologie des micro/nano satellites favorisera le développement novateur de structures multifonctionnelles intégrées et de charges utiles complètes pour l'exploration spatiale.Cela jouera un rôle important dans la promotion du développement léger, intégré et systématique de la future télédétection hyperspectrale, permettant la mise en réseau spatiale et la détection en temps réel par tous les temps.

Ces dernières années, le développement de la télédétection hyperspectrale a permis la mise en œuvre de nombreux principes, schémas et technologies novateurs. La structure des instruments d'imagerie hyperspectrale est devenue plus rationnelle et plus simple, et leurs capacités d'acquisition intégrée d'informations multi-sources ont été considérablement améliorées. Ils évoluent progressivement vers un champ de vision plus large, un débit plus élevé, une taille réduite, un affichage statique et une résolution supérieure. Parallèlement, la maturation de la télédétection hyperspectrale entraînera une baisse significative de son coût, et la commercialisation des données issues de cette technologie constituera un axe de développement majeur.

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