Bibliothèques spectrales dans ArcGIS Pro

Disponible avec une licence Image Analyst.

Une bibliothèque spectrale est une base de données de spectres de référence qui permet l’identification et la classification précises des matériaux dans les images. Il s’agit d’une bibliothèque de signatures spectrales qui représentent la manière dont différents matériaux reflètent, absorbent ou émettent de l’énergie sur le spectre électromagnétique. Chaque signature spectrale de la bibliothèque peut être comparée à une définition de matériau dans le dictionnaire et indique par exemple, le type de végétation, le type de sol, les minéraux, l’eau, les matériaux construits et bien plus encore. Ces bibliothèques peuvent être générées à partir de mesures sur le terrain ou d’images calibrées avec soin, mais la plupart des bibliothèques spectrales officielles sont dérivées des spectromètres utilisés dans les environnements de laboratoire. Une signature spectrale de la bibliothèque contient les valeurs de réflectance et les plages de longueurs d’onde auxquelles ces valeurs de réflectance sont collectées.

Les signatures spectrales sont souvent ré-échantillonnées en fonction de capteurs aéroportés ou spatiaux biens connus ou leur réflectance peut être mesurée à partir d’une image. Les analystes les utilisent pour comparer et associer les spectres de pixels d’image afin de pouvoir identifier ou classer les matériaux dans les images de drones, satellite et aériennes.

Prise en charge des bibliothèques spectrales

ArcGIS prend en charge les bibliothèques spectrales et formats suivants :

• Bibliothèque spectrale USGS : cette bibliothèque contient les spectres mesurés avec des spectomètres de laboratoire, sur le terrain et aéroportés, couvrant les longueurs d’onde de l’ultraviolet à l’infrarouge lointain (0,2 à 200 microns). Les échantillons de laboratoire de minéraux, plantes, composés chimiques et matériels construits spécifiques sont mesurés. Les données de la bibliothèque spectrale incluent le nom du matériau, la plage spectrale et le nombre de canaux.
• Bibliothèque spectrale Esri : un fichier de bibliothèque spectrale Esri (.esl) stocke le capteur, le nom du matériau, les listes de longueurs d’onde et les valeurs.
• Bibliothèque spectrale ENVI : une bibliothèque spectrale ENVI (.sli) est un fichier au format binaire permettant de stocker des collections de signatures spectrales, avec un en-tête complémentaire (.hdr) contenant des métadonnées, telles que les longueurs d’onde, les unités et les noms des matériaux.

Explorer et afficher les bibliothèques spectrales

ArcGIS Pro fournit un explorateur de bibliothèques spectrales et une visionneuse de signature spectrale pour visualiser et utiliser les signatures spectrales d’une bibliothèque spectrale.

Spectral Library Browser (Explorateur de bibliothèques spectrales)

La fenêtre Spectral Library Browser (Explorateur de bibliothèques spectrales) permet d’ouvrir, d’explorer, de rechercher et d’afficher les signatures spectrales sélectionnées dans une bibliothèque spectrale.

Pour ouvrir la fenêtre Spectral Library Browser (Explorateur de bibliothèques spectrales), dans l’onglet Imagery (Imagerie), cliquez sur le bouton Spectral Analysis (Analyse spectrale), puis sur New Spectral Signature Viewer (Nouvelle visionneuse de signature spectrale). Le panneau supérieur de la fenêtre Spectral Library Browser (Explorateur de bibliothèques spectrales) répertorie les signatures spectrales de la bibliothèque spectrale dans une table. Cette table inclut le nom du matériau, la plage de la signature spectrale et le nombre de canaux qui définissent la signature spectrale. Vous pouvez choisir d’afficher la liste des signatures spectrales sous forme d’arborescence ou de vue de liste.

Pour des détails sur les fonctions Spectral Library Browser (Explorateur de bibliothèques spectrales), reportez-vous à la rubrique Utilisation de l’explorateur de bibliothèques spectrales.

Spectral Library Viewer (Visionneuse de bibliothèque spectrale)

La fenêtre Spectral Library Viewer (Visionneuse de bibliothèque spectrale) permet d’ouvrir, d’explorer, de rechercher et d’afficher les signatures spectrales sélectionnées dans une bibliothèque spectrale. Examinez et mesurez les signatures spectrales à l’aide des outils, sélectionnez les signatures spectrales de votre choix et enregistrez-les dans un nouveau fichier de bibliothèque spectrale Esri (.esl). La fenêtre Spectral Signature Viewer (Visionneuse de signature spectrale) possède deux composants : la visonneuse de signature et la fenêtre Spectral signature (Signature spectrale).

Pour des détails sur les fonctionsSpectral Signature Viewer (Visionneuse de signature spectrale), reportez-vous à la rubrique Utilisation des fonctions Spectral Signature Viewer (Visionneuse de signature spectrale) et Spectral Signature Pane (Fenêtre Signature spectrale).

Les fonctions Spectral Signature Pane (Fenêtre Signature spectrale) sont présentées ci-après.

Utiliser les bibliothèques spectrales

L’utilisation de bibliothèques spectrales étend considérablement les fonctionnalités analytiques des images télédétectées. En associant les données d’image à des signatures spectrales connues, les analystes peuvent identifier plus précisément les entités et matériaux, en vue d’une approche plus quantitative. Une signature spectrale fournit une référence de base pour chaque matériau, par rapport à laquelle les écarts peuvent être détectés, associés et mesurés à l’aide d’outils et de techniques de télédétection. Ces écarts vous permettent d’évaluer les effets des conditions atmosphériques (telles que le contenu aérosol, la diffusion et l’absorption), ainsi que les facteurs physiques et environnementaux qui influencent la réponse spectrale des entités et matériaux dans les images.

Les analystes utilisent les signatures spectrales des bibliothèques pour analyser les images et notamment effectuer les opérations suivantes :

• Identification des matériaux cible dans les images : la correspondance spectrale compare les spectres de pixels dans les images télédétectées aux signatures connues de la bibliothèque spectrale à l’aide de techniques telles que SAM (Spectral Angle Mapper), SID (Divergence des informations spectrales), NS3 (Score de similarité spectrale normalisé) et d’autres mesures. Pour plus de détails, reportez-vous à l’outil de géotraitement Detect Target Using Spectra (Détecter la cible à l’aide de spectres).
• Entraînement des données pour la classification : les bibliothèques spectrales servent de jeux de données de référence pour faciliter l’entraînement des classificateurs assistés. Elles fournissent des spectres de réalité de terrain si les mesures directes sur le terrain ne sont pas disponibles.
• Démixage spectral et analyse des sous-pixels : les spectres des matériaux aident les analystes à effectuer le démixage spectral, en estimant l’abondance fractionnelle de différents matériaux dans chaque pixel.
• Validation des résultats : les bibliothèques spectrales permettent de valider les résultats de classification, en vérifiant que les matériaux identifiés correspondent aux réponses spectrales attendues.

Les bibliothèques de signatures spectrales sont particulièrement utiles lorsque vous sélectionnez des données d’entraînement d’images en vue de leur classification et de la détection d’objets Deep Learning. Les données d’entraînement dérivées des signatures spectrales ont tendance à être plus pures que les données collectées via les méthodes traditionnelles d’interprétation des images. Cette pureté est cruciale pour détecter des matériaux, objets et entités cible spécifiques à partir des images. Les échantillons d’entraînement peuvent être comparés et vérifiés manuellement avec les signatures spectrales d’une bibliothèque. Vous pouvez collecter les signatures spectrales des entités cible directement à partir des images et les associer à des signatures spectrales pour identifier et classer les matériaux et entités dans l’image.

Comme mentionné ci-avant, la possibilité de visualiser, de mesurer et d’analyser les spectres des matériaux dans une bibliothèque spectrale à l’aide d’un explorateur et d’une visionneuse offre de nombreuses options pour l’analyse des images. En outre, vous pouvez identifier et enregistrer les signatures spectrales sélectionnées pour pouvoir générer des bibliothèques personnalisées de spectres de matériaux. Ces bibliothèques personnalisées peuvent être conçues pour divers projets et applications et sont intégralement prises en charge par les assitants de processus, les fonctions raster et les outils d’analyse d’images d’ArcGIS. Les fichiers de bibliothèques spectrales (.esl et .sli), qui contiennent les bibliothèques spectrales que vous avez créées et enregistrées, peuvent être utilisés dans les outils d’analyse spectrale qui utilisent une entrée de bibliothèque spectrale telle que Detect Target Using Spectra (Détecter la cible à l’aide de spectres), Linear Spectral Unmixing (Démixage spectral linéaire) et Resample Library Spectra (Rééchantillonner les spectres de bibliothèque).