Par Charlie Loyd, MapBox
Landsat 8 mesure différentes gammes de fréquences le long du spectre électromagnétique – une couleur, bien que pas nécessairement une couleur visible à l’œil humain. Chaque plage s’appelle une bande, et Landsat 8 a 11 bandes. Landsat numérote ses capteurs rouges, verts et bleus comme 4, 3 et 2, donc lorsque nous les combinons, nous obtenons une image en couleur vraie comme celle-ci:
Vue Landsat 8 de la région de Los Angeles, le 13 mai 2013. L’image est tournée de sorte que le nord est en haut. Toutes les données d’image sont fournies avec l’aimable autorisation de l’U.S. Geological Survey.
Consultez la liste complète des groupes de Landsat 8:
| Numéro de bande | µm | Résolution |
|---|---|---|
| 1 | 0.433–0.453 | 30 l |
| 2 | 0.450–0.515 | 30 l |
| 3 | 0.525–0.600 | 30 l |
| 4 | 0.630–0.680 | 30 l |
| 5 | 0.845–0.885 | 30 m |
| 6 | 1.560–1.660 | 30 m |
| 7 | 2.100–2.300 | 30 m |
| 8 | 0.500–0.680 | 15 m |
| 9 | 1.360–1.390 | 30 m |
| 10 | 10.6-11.2 | 100 m |
| 11 | 11.5-12.5 | 100 m |
Sur ses 11 bandes, seules celles des longueurs d’onde les plus courtes (bandes 1-4 et 8) détectent la lumière visible – toutes les autres se trouvent dans des parties du spectre que nous ne pouvons pas voir. La vue en couleurs réelles de Landsat représente moins de la moitié de ce qu’elle voit. Pour comprendre la valeur de tous les groupes, regardons-les chacun à leur tour:
Les groupes
Band 1 ressent des bleus profonds et des violettes. La lumière bleue est difficile à collecter depuis l’espace car elle est facilement dispersée par de minuscules morceaux de poussière et d’eau dans l’air, et même par les molécules d’air elles-mêmes. C’est l’une des raisons pour lesquelles les choses très lointaines (comme les montagnes à l’horizon) semblent bleuâtres, et pourquoi le ciel est bleu. Tout comme nous voyons beaucoup de bleu brumeux lorsque nous regardons l’espace par une journée ensoleillée, Landsat 8 voit le ciel en dessous quand il nous regarde par le même air. Cette partie du spectre est difficile à collecter avec une sensibilité suffisante pour être utile, et la bande 1 est le seul instrument de ce type produisant des données ouvertes à cette résolution – l’une des nombreuses choses qui rendent ce satellite spécial. On l’appelle aussi la bande côtière/aérosol, d’après ses deux principales utilisations: imagerie de l’eau peu profonde et suivi des particules fines comme la poussière et la fumée. En soi, sa sortie ressemble beaucoup à celle de la bande 2 (bleu normal), mais si nous les contrastons et mettons en évidence des zones avec un bleu plus profond, nous pouvons voir des différences:
Bande 1 moins Bande 2. L’océan et les plantes vivantes reflètent des teintes bleu-violet plus profondes. La plupart des plantes produisent de la cire de surface (par exemple, le revêtement givré sur les prunes fraîches) à mesure qu’elles grandissent, pour refléter la lumière ultraviolette nocive.
Les bandes 2, 3 et 4 sont visibles en bleu, vert et rouge. Mais pendant que nous les revisitons, prenons une section de référence de Los Angeles, avec une gamme d’utilisations différentes des terres, pour comparer avec d’autres groupes:
Partie de la zone ouest de Los Angeles, des terres agricoles près d’Oxnard à l’ouest à Hollywood et au centre-ville à l’est. Comme la plupart des zones urbaines, les couleurs de la ville sont en moyenne en gris clair à cette échelle.
La bande 5 mesure le proche infrarouge, ou NIR. Cette partie du spectre est particulièrement importante pour l’écologie car les plantes saines la reflètent – l’eau dans leurs feuilles diffuse les longueurs d’onde dans le ciel. En le comparant à d’autres bandes, nous obtenons des indices comme le NDVI, qui nous permettent de mesurer la santé des plantes plus précisément que si nous ne faisions que regarder la verdeur visible.
Les caractéristiques lumineuses sont les parcs et autres végétaux fortement irrigués. Le point près du bas de cette vue à l’ouest est Malibu, il y a donc fort à parier que le petit point lumineux dans les collines à proximité soit un terrain de golf. Sur le bord ouest se trouve la cicatrice sombre d’un grand feu, qui n’était qu’une légère décoloration dans l’image en couleur vraie.
Les bandes 6 et 7 couvrent différentes tranches de l’infrarouge à ondes courtes, ou SWIR. Ils sont particulièrement utiles pour distinguer la terre humide de la terre sèche et pour la géologie: les roches et les sols qui se ressemblent dans d’autres bandes ont souvent de forts contrastes de tourbillons. Faisons une image en fausse couleur en utilisant SWIR comme rouge, NIR comme vert et bleu profond comme bleu (techniquement, une image 7-5-1):
La cicatrice de feu est désormais impossible à manquer – se reflétant fortement dans la bande 7 et à peine dans les autres, la rendant rouge. Auparavant, les détails subtils de la végétation deviennent également clairs. Il semble que les plantes des canyons au nord de Malibu soient plus luxuriantes que celles des crêtes, ce qui est typique des climats où l’eau est la principale contrainte à la croissance. Nous voyons également des motifs de végétation à Los Angeles – certains quartiers ont plus de feuillage (parcs, arbres de trottoirs, pelouses) que d’autres.
La bande 8 est la panchromatique – ou simplement la pan-bande. Il fonctionne comme un film noir et blanc: au lieu de collecter les couleurs visibles séparément, il les combine en un seul canal. Parce que ce capteur peut voir plus de lumière à la fois, c’est la plus nette de toutes les bandes, avec une résolution de 15 mètres (50 pieds). Zoomons sur Malibu à l’échelle 1:1 dans la bande panoramique:
Et en couleur vraie, étirée pour couvrir la même zone:
La version couleur semble floue car ces capteurs ne peuvent pas voir les détails de cette taille. Mais si nous combinons les informations de couleur qu’elles fournissent avec les détails de la bande de casserole – un processus appelé affûtage de casserole – nous obtenons quelque chose qui est à la fois coloré et net:
Malibu affûtée, 15 m (50 pi) par pixel. Remarquez la texture des vagues dans l’eau.
La bande 9 montre le moins, mais c’est l’une des caractéristiques les plus intéressantes de Landsat 8. Il couvre une très fine tranche de longueurs d’onde: seulement 1370 ± 10 nanomètres. Peu d’instruments spatiaux collectent cette partie du spectre, car l’atmosphère en absorbe la quasi-totalité. Landsat 8 en fait un avantage. Précisément parce que le sol est à peine visible dans cette bande, tout ce qui y apparaît clairement doit refléter très brillamment et / ou être au-dessus de la majeure partie de l’atmosphère. Voici le groupe 9 pour cette scène:
La bande 9 est juste pour les nuages! Ici, il ramasse des cumulus duveteux, mais il est spécialement conçu pour les cirrus – des « prêles » hautes et vaporeuses. Les cirrus sont un véritable casse-tête pour l’imagerie satellitaire car leurs bords mous les rendent difficiles à repérer, et une image prise à travers eux peut contenir des mesures qui sont décalées de quelques pour cent sans aucune explication évidente. La bande 9 les rend faciles à prendre en compte.
Les bandes 10 et 11 sont dans l’infrarouge thermique– ou TIR – elles voient la chaleur. Au lieu de mesurer la température de l’air, comme le font les stations météorologiques, elles signalent le sol lui-même, qui est souvent beaucoup plus chaud.
Il y a quelques années, une étude a révélé des températures de surface du désert supérieures à 70 ° C (159 ° F) – suffisamment chaudes pour faire frire un œuf. Heureusement, LA est relativement tempérée dans cette scène:
Notez que les taches très sombres (froides) correspondent aux nuages de la bande 9. Après eux, la végétation irriguée est la plus fraîche, suivie de l’eau libre et de la végétation naturelle. La cicatrice de brûlure près de Malibu, qui est recouverte de charbon de bois et de feuillage sec et mort, a une température de surface très élevée. Dans la ville, les parcs sont généralement les plus frais et les quartiers industriels sont les plus chauds. Il n’y a pas d’îlot de chaleur urbain clair dans cette scène – un effet que ces bandes TIR seront particulièrement utiles pour étudier.
Les bandes peuvent être combinées de différentes manières pour révéler différentes caractéristiques du paysage. Faisons une autre image en fausse couleur en utilisant cette bande TIR pour le rouge, une bande SWIR pour le vert et la bande verte naturelle pour le bleu (une image 10-7-3):
Les zones urbaines et certains types de sols sont roses. Dans l’image en couleur vraie, la végétation sauvage est presque uniformément de couleur olive, mais nous voyons ici une distinction entre la garrigue de couleur pêche, les bois de couleur acajou, etc. Les brises rafraîchissantes à terre apparaissent sous la forme d’un léger dégradé violet le long de la côte de la ville. Les bandes colorées de chaque côté de l’image sont des zones où tous les capteurs ne sont pas couverts.
Texte avec l’aimable autorisation de Charlie Loyd, MapBox. Article original intitulé Putting Landsat 8’s Bands to Work, publié le 14 juin 2013.