Dans sa forme la plus simple, un raster se compose d’une matrice de pixels (ou cellules) organisés en lignes et en colonnes (grille) dans laquelle chaque pixel contient une valeur représentant des informations (par exemple, la température ou la réflectance de l'image). Les rasters sont des images numériques collectées par des capteurs aériens, de drones, de satellites, terrestres et sous-marins, des images numériques et des cartes numérisées.
Les données stockées au format raster représentent les phénomènes du monde réel comme suit :
- Les données continues représentent des données spectrales, telles que des images satellite, aériennes et de drone et des données physiques et environmentales, telles que l'altitude et la température.
- Les données thématiques (ou données discrètes) représentent des entités, telles que les données relatives à l’utilisation du sol et aux sols.
- Les images peuvent inclure des cartes ou des dessins numérisés et des photographies de bâtiment.
Les images continues peuvent être affichées sous forme de couches de données avec d’autres données géographiques sur une carte, mais elles sont souvent utilisées comme données source pour l'analyse des images. Les images thématiques et numériques sont souvent utilisées comme attributs dans des tables. Elles peuvent être affichées avec des données géographiques et permettent de présenter des informations supplémentaires sur les entités cartographiques.
Les données d'image et de raster sont utiles pour un large éventail d’applications. Dans un SIG, les données d'image et de raster sont généralement utilisées pour ce qui suit :
- Images en tant que fonds de carte
Dans un SIG, les données d’image sont couramment utilisées comme arrière-plan d'image pour d’autres couches d’entités. Par exemple, les orthoimages affichées sous d’autres couches SIG permettent aux utilisateurs de carte de vérifier que les couches cartographiques sont alignées spatialement et qu’elles représentent des objets réels et fournissent des informations contextuelles supplémentaires. Les principales sources de fonds de carte de raster sont les images orthorectifiées des images aériennes, de drone et satellite et les cartes numérisées. L'image ci-après est utilisée comme fond de carte pour des données routières.
- Rasters en tant que cartes de surface
Les rasters sont particulièrement bien adaptés à la représentation des données qui évoluent constamment sur un paysage (surface). Ils constituent une méthode de stockage de la continuité en tant que surface. Ils permettent également une représentation des surfaces avec espacements réguliers. Les valeurs d’altitude mesurées à partir de la surface de la Terre constituent une application courante des cartes de surface. Cependant, d’autres valeurs, comme les précipitations, la température, la salinité, les propriétés magnétiques et la densité des matériaux, peuvent également définir des surfaces pouvant faire l’objet d’une analyse spatiale. Le raster dans l'image ci-après affiche l’altitude ; le vert est utilisé pour représenter une faible altitude, tandis que les cellules rouges, roses et blanches affichent des altitudes supérieures.
- Rasters en tant que cartes thématiques
Des rasters représentant des données thématiques peuvent être dérivés de l’analyse d’autres données. Une application d’analyse courante consiste à classer une image satellite selon les catégories d’occupation du sol. Cette activité regroupe les valeurs de données multispectrales dans des classes (un type de végétation, par exemple) et attribue une valeur catégorielle. Les cartes thématiques peuvent également provenir d’opérations de géotraitement combinant des données de diverses sources, telles que des données vectorielles, raster et de terrain. Vous pouvez, par exemple, traiter des données à l'aide d'un modèle de géotraitement afin de créer un jeu de données raster qui cartographie une adéquation à une activité spécifique. L'image ci-après est un exemple de jeu de données raster classé représentant l’utilisation du sol.
Avantages du stockage des données sous forme de raster
Il arrive que vous n’ayez pas la liberté de stocker les données sous forme de raster ; c’est le cas, par exemple, si les images sont disponibles uniquement sous cette forme. Cependant, de nombreuses autres entités (telles que des points) et mesures (telles que les précipitations) peuvent être stockées en tant que données de type raster ou entité (vecteur).
Les avantages du stockage des données sous forme de raster sont les suivants :
- Une structure de données simple : matrice de pixels comportant des valeurs avec une localisation définie par des coordonnées qui peut être associée à une table attributaire
- Format pour l’analyse spatiale et statistique avancée
- Représenter des données d'image continues et des surfaces et effectuer des analyses scientifiques
- Stocker de manière uniforme des points, des lignes, des polygones et des surfaces
- Effectuer des opérations de superposition rapides avec des jeux de données complexes
Dans certains cas, le stockage des données sous forme de raster ne convient pas et vous pouvez utiliser une option de stockage vectoriel. Voici quelques exemples :
- Il existe des inexactitudes spatiales dues aux limites imposées par les dimensions des cellules du jeu de données raster.
- Les jeux de données peuvent être très volumineux. La résolution augmente à mesure que la taille de pixel diminue. Toutefois, le coût augmente généralement aussi, que ce soit en termes d’espace disque ou de vitesse de traitement. Pour une surface donnée, le passage des pixels à la moitié de la taille en cours nécessite le quadruple de l’espace de stockage, en fonction du type de données et des techniques de stockage employées. Les délais de stockage et de traitement accrus peuvent être réduits à l'aide de fonctions raster et du traitement à la volée.
- Une perte de précision géométrique découle de la restructuration des données selon une limite de cellules raster régulièrement espacées.
Caractéristiques générales des données raster
Dans les jeux de données d’image, chaque pixel possède une valeur. Les valeurs des pixels représentent le phénomène induit par le jeu de données raster, tel qu’une valeur spectrale, une catégorie, une magnitude ou une hauteur. La catégorie peut être une classe d’utilisation du sol (par exemple, une prairie, une forêt ou une route). Les valeurs spectrales sont utilisées en imagerie satellite et aérienne pour représenter la réflectance à la lumière et la couleur. Une magnitude peut représenter la gravité, la pollution sonore ou le pourcentage de précipitations. La hauteur (distance) peut représenter l’altitude des surfaces au-dessus du niveau moyen de la mer, laquelle peut être utilisée pour dériver les propriétés de pente, d’exposition et de bassin versant.
Les valeurs des pixels peuvent être positives ou négatives, entières ou à virgule flottante. Les valeurs entières conviennent davantage pour représenter des données catégorielles (discrètes) et les valeurs à virgule flottante sont adaptées à la représentation des surfaces continues. Les pixels peuvent également contenir une valeur NoData pour représenter l’absence de données. Pour plus d’informations sur les valeurs NoData, reportez-vous à la rubrique Valeurs NoData dans les jeux de données raster.
Les rasters sont stockés sous forme de liste ordonnée de valeurs de pixel (par exemple, 80, 74, 62, 45, 45, 34, etc.)
La zone (ou surface) représentée par chaque pixel possède une largeur et une hauteur identiques, et constitue une portion égale de l’intégralité de la surface représentée par l'image. Prenons l’exemple d’une image représentant l’altitude (un modèle numérique d’élévation ou MNE) qui couvre une surface de 100 kilomètres carrés. Si cette image comporte 100 pixels, chaque pixel représente 1 kilomètre carré de largeur et de hauteur égales (à savoir 1 km par 1 km).
La dimension des pixels peut être aussi grande ou aussi petite que nécessaire pour représenter la surface indiquée par le jeu de données raster et les entités qui s'y trouvent (par exemple, un kilomètre carré, un pied carré ou un centimètre carré). La taille de pixel détermine le degré de grossièreté ou de finesse de l’apparence des modèles ou des objets dans l’image. Plus la taille de pixel est faible, plus l'image est lisse ou détaillée. Une taille de pixel trop importante peut provoquer une perte d’informations ou masquer des modèles subtils. Par exemple, si la taille de pixel est supérieure à celle de l'objet qui vous intéresse, cet objet risque d’être absent du jeu de données raster. Dans le diagramme ci-après, une simple entité surfacique est représentée par un jeu de données raster à différentes tailles de pixel.
La localisation de chaque pixel est définie par la ligne ou la colonne dans laquelle il se trouve dans la matrice du raster. La matrice est représentée par un système de coordonnées cartésiennes, dans lequel les lignes sont parallèles à l’axe x et les colonnes, à l’axe y du plan cartésien. Les valeurs de ligne et de colonne commencent à 0. Dans l’exemple ci-après, si le raster se trouve dans un système de coordonnées projetées UTM (Universal Transverse Mercator) et possède une taille de pixel de 100, la localisation de pixel à 5,1 correspond à 300,500 Est, 5,900,600 Nord.
Si vous devez spécifier l'étendue d'une image, cette étendue est définie par les cordonnées supérieure, inférieure, gauche et droite de la zone rectangulaire couverte par l'image, comme illustré ci-après.
Propriétés géographiques des données d'image
Quatre propriétés géographiques sont généralement enregistrées pour tous les jeux de données d'image. Elles s'avèrent utiles pour le géoréférencement et permettent de mieux comprendre la manière dont les fichiers de données d'image sont structurés. Ce concept est important à comprendre : il aide à expliquer comment les images sont stockées et gérées dans la géodatabase.
Les jeux de données d'image utilisent une méthode unique pour définir la localisation géographique. Une fois que les pixels sont correctement géoréférencés, une liste ordonnée de toutes les valeurs de pixel d'une image ou d'un raster est disponible. Cela signifie que chaque jeu de données raster comporte généralement un enregistrement d'en-tête contenant ses propriétés géographiques et que le corps du contenu est constitué d'une liste ordonnée des valeurs de pixel.
Les quatre propriétés géographiques des jeux de données d’image sont les suivantes :
- Un système de coordonnées
- Une coordonnée ou une localisation x,y de référence (en général, l'angle supérieur gauche ou inférieur gauche de l'image)
- Une taille de pixel
- Le nombre de lignes et de colonnes
Ces informations permettent de rechercher la localisation de tout pixel spécifique. Si ces informations sont disponibles, la structure de données raster répertorie les valeurs de pixel dans l'ordre, du pixel supérieur gauche, le long de chaque ligne, au pixel inférieur droit, comme illustré ci-après.
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