Tutoriel classification d’images avec ArcMap: 2.3- Les filtres spatiaux

Les filtres spatiaux représentent une autre méthode de traitement numérique utilisées pour le rehaussement d’une image. Ces filtres sont conçus de façon à faire ressortir ou à supprimer des caractéristiques spécifiques d’une image en se basant sur leur fréquence spatiale. La fréquence spatiale est liée au concept de texture. Elle fait référence à la fréquence de variation des différents tons qui apparaissent dans une image. Les régions d’une image où la texture est « rugueuse » sont les régions où les changements dans les tons sont abrupts; ces régions ont une fréquence spatiale élevée. Les régions « lisses » ont une variation des tons qui est plus graduelle sur plusieurs pixels; ces régions ont une fréquence spatiale faible. La méthode de filtrage spatial consiste à déplacer une « fenêtre » d’une dimension de quelques pixels (ex. : 3 sur 3, 5 sur 5, etc.) au-dessus de chaque pixel de l’image. On applique alors un traitement mathématique utilisant les valeurs des pixels sous la fenêtre et on remplace la valeur du pixel central par le résultat obtenu. La fenêtre est déplacée le long des colonnes et des lignes de l’image, un pixel à la fois, répétant le calcul jusqu’à ce que l’image entière ait été filtrée. En modifiant le calcul effectué à l’intérieur de la fenêtre, il est possible de rehausser ou de supprimer différents types de caractéristiques présents dans une image.



Un filtre passe-bas est conçu afin de mettre en évidence les régions assez grandes et homogènes ayant des pixels d’intensité similaire. Ce filtre réduit les plus petits détails d’une image. Il est donc utilisé pour lisser une image. Les filtres moyenneur et médian, souvent utilisés avec les images radars , sont des exemples de filtre passe-bas. Les filtres passe-haut font le contraire : ils sont utilisés pour raviver les petits détails d’une image. Un filtre passe-haut peut par exemple se définir en appliquant premièrement un filtre passe-bas à une image pour ensuite soustraire le résultat de l’image originale, ce qui produit une nouvelle image dans laquelle les détails ayant une fréquence spatiale élevée sont rehaussés. Les filtres directionnels ou les filtres détectant les contours sont utilisés pour rehausser les caractéristiques linéaires d’une image comme les routes ou les limites des champs. Ces filtres peuvent aussi être conçus pour rehausser des caractéristiques ayant une certaine orientation dans l’image.

Le rehaussement d’images est essentiellement un processus qui permet de faciliter l’interprétation visuelle d’une image. Dans certains cas (comme lors d’un filtrage passe-bas), le résultat peut paraître décevant mais il permet toutefois à l’interprète de discerner les éléments de basse fréquence spatiale parmi le fouillis des hautes fréquences de l’image. Les rehaussements sont souvent appliqués pour des raisons spécifiques. Ainsi, pour une image donnée, ils pourront être forts différents s’il s’agit d’applications différentes.

Contrairement au rehaussement dont nous avons parlé, le filtrage peut se faire de deux manières différentes: en modifiant la visualisation de l’image ou en modifiant les valeurs de l’image elle-même. Si vous décidez d’appliquer définitivement le filtrage pour travailler à la classification sur l’image modifiée, vous devrez créer une nouvelle image en sortie du processus de filtrage.

Filtrage avec ArcMap

Vous disposez d’un outil dans la toolbox pour effectuer le filtrage d’images : Outils Spatial Analyst -> Voisinage -> Filtre.

Mais cette option est très limitée et oblige à la création d’une nouvelle image.

L’outil le plus approprié d’ArcMap pour travailler avec le filtrage est l’extension Image Analysis.

Image Analysis

Pour ouvrir la fenêtre d’Image Analysis, allez dans le Menu Fenêtres->Image Analysis

La fenêtre d’Image Analysis apparaît alors

L’interface compte cinq composants : la liste des couches, le volet Options, le volet Affichage, le volet Traitement et le volet Mensuration.

Liste des couches

La liste des couches reflète toutes les couches raster qui se trouvent dans le bloc de données actif, y compris la couche Image de la mosaïque, le service d’imagerie et les couches WCS. La couche de catalogue d’images n’est pas visible et ne peut pas être utilisée dans la fenêtre Analyse d’image.

La liste des couches ne remplace pas la table des matières, mais elle vous permet d’accéder à la boîte de dialogue Propriétés de la couche et de supprimer des couches. Elle vous permet également d’accélérer la couche. Une couche raster accélérée apparaît avec cette icône :  Couche raster accéléré . Pour réorganiser les couches, vous devez utiliser la table des matières.

Options

Options

Le bouton Options d’analyse d’images se trouve en haut de la fenêtre Analyse d’image. Il permet d’ouvrir la boîte de dialogue Options d’analyse d’images dans laquelle vous pouvez définir les valeurs par défaut de certains des outils de la fenêtre, telles que la définition des canaux rouges et proches infrarouges à utiliser avec l’outil NDVI, les valeurs d’altitude et d’azimut à utiliser avec l’outil Relief ombré et la valeur d’écart type à utiliser avec la méthode d’étirement Ecart type. Vous devez modifier les options avant d’utiliser l’outil.

Affichage

Les
outils du volet Affichage permettent d’améliorer l’apparence des
données. Ce volet inclut des curseurs de contraste, luminosité,
correction gamma et transparence, une case à cocher pour utiliser
l’ajustement dynamique de la plage, et les outils Balayer et
Scintillement pour comparer deux couches de données superposées

Traitement

Le
volet Traitement permet d’accéder facilement en un seul clic à plusieurs
techniques de traitement d’image fréquemment utilisées. Parmi ces
techniques figurent le découpage, le masquage, l’orthorectification, les
filtres de convolution et le mosaïquage.

De nouvelles couches sont ajoutées à la liste des couches et à la table des matières lorsque vous utilisez les outils du volet Traitement. En effet, tous les outils de traitement génèrent une nouvelle couche raster temporaire qui utilise des fonctions pour traiter les données. Les fonctions permettent d’appliquer rapidement le traitement au lieu de créer un autre fichier de données (dont la génération peut prendre du temps) dans lequel le processus est appliqué de façon permanente. Pour enregistrer la couche, vous pouvez l’exporter dans un nouveau jeu de données raster ou enregistrer le fichier de couches. Si vous fermez ArcMap sans enregistrer, vous perdez cette couche raster.

Mensuration

Le
volet Mensuration contient des outils permettant de mesurer un point,
une distance, un angle, une hauteur, un périmètre et une surface d’une
image (jeu de données raster ou mosaïque) avec des informations de
capteur (ou transformation de géodonnées). La hauteur peut être mesurée
le long d’un objet, de son ombre, ou les deux. Vous pouvez également
utiliser un MNT pour effectuer une mesure le long d’une surface plutôt
que de la surface projetée

Filtres disponibles avec Image Analysis

Pour définir le filtre à utiliser et l’appliquer à votre image:

1- Sélectionnez dans la liste des couches d’Image Analysis l’image à filtrer

2- Dans le panneau Traitements (Processing) sélectionnez le type de filtre à utiliser dans la liste des filtres disponibles

3- Cliquez sur le bouton Filtre pour créer la couche temporaire filtrée

Les filtres disponibles concernent trois grands types de filtres:

Les filtres passe-bas (Smoothing)

Les filtres de lissage (passe-bas) lissent les données en réduisant les variations locales et en supprimant le bruit. Le filtre passe-bas calcule la valeur moyenne (moyenne) pour chaque pixel voisin. L’effet est que la moyenne des valeurs hautes et basses de chaque voisin sera réduite, ce qui réduira les valeurs extrêmes des données. Vous avez deux filtres de ce type dans le menu déroulant:

  • Smooth Arithmetic Mean
  • Smoothing 5×5

Les filtres passe-haut (Sharpenning)

Le filtre Netteté (sharpeningt) accentue la différence comparative des valeurs avec ses voisins. Un filtre passe-haut calcule la statistique de somme focale pour chaque cellule de l’entrée à l’aide d’un voisinage pondéré du noyau. Il met en évidence les limites entre les caractéristiques (par exemple, lorsqu’un plan d’eau rencontre la forêt), accentuant ainsi les contours entre les objets. Le filtre passe-haut est appelé filtre d’amélioration des contours. Le noyau du filtre passe-haut identifie les cellules à utiliser dans le voisinage et leur poids. Vous avez filtres de ce type dans le menu déroulant:

  • Sharpen
  • Sharpen more
  • Sharpening 3×3
  • Sharpening 5×5

Filtres de détection de bord

Le reste des filtres concerne la détection de bords des objets géographiques.
Les filtres de dégradé (Gradient) peuvent être utilisés pour la détection des contours par incréments de 45 degrés (Gradient North, Gradient NorthWest,…).

Les filtres laplaciens (Laplacian) sont souvent utilisés pour la détection des contours. Il est souvent appliqué à une image qui a d’abord été lissée pour réduire sa sensibilité au bruit (Laplacian 3×3, Laplacian 5×5).

Les filtres de détection de ligne (Line) , tels que les filtres de gradient, peuvent être utilisés pour effectuer une détection de bord (Line horizontal, Line vertical, …). Vous obtiendrez de meilleurs résultats si vous appliquez un algorithme de lissage avant un algorithme de détection de bord.
Les filtres Sobel sont utilisés aussi  pour la détection des contours.

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