28 Octobre 2014

Les effets directionnels

La manière dont une surface réfléchit la lumière dépend de l'angle sous lequel elle est éclairée et de l'angle sous laquelle on l'observe.

Vue d'helicoptereLoupeVue d'helicoptereLoupe
Photo d'une forêt de conifères prise depuis un hélicoptère avec le soleil dans le dos du photographe (l'ombre de l'hélicoptère est visble)
Photo : F.M. Bréon
Photo d'une forêt de conifères prise depuis un hélicoptère avec un angle de 90 degrés par rapport à la direction solaire
Photo : F.M. Bréon

Sur les deux images ci-jointes, on observe que celle de gauche est bien plus lumineuse que celle de droite. De plus, sur la photo de gauche, plus on s'approche de l'ombre de l'hélico, plus l'image est brillante. Ce phénomène est communément appelé "hot spot".

Ce phénomène s'explique de la manière suivante :
à proximité de l'ombre de l'hélicoptère, la direction d'observation correspond quasiment à la direction solaire, on appelle cette direction la "direction de rétrodiffusion". Dans cette géométrie, l'observateur ne voit plus que les faces éclairées des objets observés, ces objets sont donc plus brillants. Plus on s'éloigne de cette direction, plus les ombres sont visibles et donc la réflectance des objets observés diminue.

Sur une foret de conifères (cf ci-dessous), on observe des variations supérieures à un facteur 2 lorsque l'angle d'observation varie, sur un désert, les variations sont quasi nulles. Chaque type de couvert végétal présente donc sa propre signature directionnelle, ce qui rend les corrections des effets directionnels particulièrement délicates.

BRDF conifereLoupeBRDF desertLoupe

A gauche, réflectance d'une forêt de conifères, et à droite d'un désert, en fonction de la distance angulaire (en degrés) par rapport à la direction de rétrodiffusion (Angle de phase=0). En rouge, bande proche infra rouge, en vert, dans le rouge. Les données ont été obtenues à partir de l'instrument POLDER. Résultat :  Bréon, F. M., F. Maignan, M. Leroy, et I. Grant. 2002. Analysis of hot spot directional signatures measured from space. Journal of Geophysical Research 107, no. 16: 4,282-4,296.

Petite devinette :
Sur quelle montgolfière le photographe se trouvait-il ?

  • celle de gauche
  • celle de droite

MongolfièreLoupe
Photo : Arnaud Deramecourt, CNES