utiliser TITUS 2 pour étudier des images satellitaires en MPS

Au lycée Jean Perrin de Rezé, 51 élèves ont choisi l'enseignement d'exploration "Méthodes et pratiques scientifiques" en 2010-2011. Trois disciplines sont concernées par cet enseignement : les mathématiques, les sciences physiques et chimiques et les sciences de la vie et de la Terre.
Lors d'une séance inaugurale commune à tous les élèves, la démarche et les éléments d'organisation du travail ont été présentés aux élèves. Ceux-ci ont été répartis en trois groupes de 17 pour 2 séances tournantes de présentation d'outils en rapport avec le thème "Science et vision du monde" qui a été choisi pour cette première partie de l'année. Ainsi chaque élève a suivi 2 séances en mathématiques consacrées au codage numérique des images et aux outils mathématiques pour la géolocalisation, 2 séances en physique-chimie consacrées aux radiations, aux capteurs, à l'optique et à l'orbitographie et 2 séances en SVT consacrées à la radiométrie, le traitement d'images satellitales, la géolocalisation, l'utilisation du globe virtuel Google Earth et du SIG Mapwindow.

Au terme de ces 6 séances, une nouvelle séance plénière a permis de proposer une liste de sujets sous la forme de problématiques. Chaque équipe de 2 à 3 élèves devait effectuer une sélection de trois sujets l'intéressant. De rapides négociations ont conduit à l'absence de doublons. Certains sujets ont été reformulés par les élèves avec notre accord. Pour les séances suivantes chaque professeur prend en charge un certain nombre d'équipes en fonction des sujets choisis. Au cours de l'évolution du travail ces équipes peuvent être amenées à changer de discipline de pilotage en fonction des besoins en outillage méthodologique et/ou pratique.

Au terme de la démarche chaque équipe présentera sont travail sur une affiche "Poster". L'évaluation prendra en compte la conduite du travail dans l'équipe et la qualité de la présentation finale.

La présente fiche concerne la séance de découverte d'outils de radiométrie et de traitement d'une image satellitaire en SVT.

Sa mise en oeuvre est détaillée dans les ressources suivantes :
affichage et lecture d'une image satellitaire avec titus 2 (niveau 2)
faire une classification avec Titus 2 (niveau 3)

Les images satellitaires au format tif, bil, ou img peuvent être converties au format tt2 avec l'outil "Importer" qui est installé en même temps que Titus 2.

Une image satellitaire au format tt2 est en effet composée de plusieurs fichiers liés entre eux. Il faut donc les déplacer en même temps et ne pas les renommer.

L'utilisation du réseau de l'établissement peut poser des problèmes de débit. Il est recommandé, si cela est possible de travailler sur des images de taille réduite, par exemple de 512 x 512 pixels. Si cela n'est pas possible, le dossier contenant l'image à utiliser est recopié sur le disque dur de chaque poste avant la séance.

Ouvrir le logiciel

"Démarrer/Programmes/Titus2"

Une fois l'image choisie et chargée, effacer le panneau d'information avec le bouton "Fermer".

Choisir un canal

En utilisant le bouton  , choisir l'un des canaux dans la liste déroulante.

Améliorer la qualité de l'image et zoomer

Le canal est affiché en nuance de gris à l'état brut. Il faut agir sur ce bouton 

Des boutons de zoom sont disponibles :

Connaître la valeur radiométrique d'un pixel

Pour afficher la valeur numérique d'un pixel utiliser la commande "Analyse" puis "Valeurs numériques" puis "Pointage x/y"

Cliquer sur un des points de l'image la boîte de pointage affiche les coordonnées du pixel et sa valeur radiométrique.

Par "Analyse"/ "Valeurs numériques" puis "Extraction numérique du fichier", il est possible de visualiser les valeurs numériques de tous les pixels de l'image. La première ligne et la première colonne représentent les coordonnées X et Y du pixel dans l'image (attention l'origine de la numérotation est dans le coin supérieur gauche de l'image).

Tracer un site témoin
Choisir une zone où le milieu est homogène

Chaque sommet est marqué par un clic et le polygone est fermé par un double clic à l'intérieur du polygone. L'affichage des statistiques permet de noter les valeurs Min/Max.

Changer de canal en haut à droite pour noter les valeurs des autres canaux.

Créer une classification hypercube par mode numérique

Valider par "OK".
Attribuer un nom et une couleur à chaque classe.

Pour chacune des classes remplir successivement les deux valeurs nécessaires dans chacun des trois onglets. Utiliser les valeurs notées dans le tableau des signatures spectrales. La touche tabulation du clavier permet de changer de case. Ne pas utiliser la barre d'espace.

N'utiliser la touche OK que lorsque toutes les valeurs sont saisies.

Cette fiche technique est téléchargeable sous une forme modifiable avec un traitement de texte (openoffice ou word) ou au format pdf.

L'utilisation du logiciel a été couplée avec une petite manipulation de radiométrie qui est décrite dans cette ressource. Elle permet de faire le lien entre la valeur radiométrique et les phénomènes physiques tels l'émission, l'absorption et la réflexion de la lumière. La valeur est mesurée avec un voltmètre. La numérisation du signal sur un octet permet d'aborder en mathématiques la conversion des nombres décimaux en nombres binaires.

Au terme de la séance ce type de résultat a été obtenu par les élèves à partir d'une portion de l'image "Bretagne sud". Confrontant leurs travaux à ce qu'ils pensaient obtenir et aux résultats obtenus par leurs voisins, nombreux sont ceux qui décident de faire de nouveaux sites témoins pour modifier les limites de classes et donc la pertinence de leur cartographie automatique.

Pour ce premier thème de l'année l'équipe pédagogique a choisi de faire des propositions de problématiques après les modules de découverte des outils. Chaque groupe de 2 à 3 élèves doit donc choisir un sujet dans une liste très large. La partie de cette liste qui se rapporte aux images satellitaires est présentée ci-dessous :

Comment cartographier la quantité de sédiments dans l'eau ?
Comment obtenir une image en fausses couleurs ?
Comment faire apparaître l'activité photosynthétique des végétaux ?
Comment mesurer la température d'un objet à distance ?
Comment mesurer la surface d'un objet sur une image satellitaire ?
Comment établir la signature spectrale d'un objet ?
Comment vérifier une cartographie automatique ?
Comment visualiser les courants océaniques à distance ?
Comment éviter les zones noires dans une cartographie automatique ?
Comment déterminer l'orbite d'un satellite à défilement ?
Comment déterminer l'orbite d'un satellite géostationnaire ?
Comment étudier la trajectoire et la vitesse d'une dépression atmosphérique ?
Comment expliquer les différences entre les satellites d'imagerie ?
Comment optimiser un traitement d'image ?
Comment obtenir une image nette sur un satellite ?

Il va de soi qu'après ce choix, les élèves, en concertation avec les professeurs responsables de l'enseignement, peuvent infléchir leur direction de recherche en fonction des résultats de manipulations et des recherches documentaires effectuées.