On the synergy between SPOT / ERS remote sensing images through two examples of fusion
De la synergie des images satellitaires SPOT/ERS au travers de deux exemples de fusion
Résumé
Nowadays, imaging sensors aboard satellites use various wavelength bands, from optics to hyperfrequency. The benefit of exploiting the synergy between images acquired in various domains appeared quite soon. The present work deals with the fusion of SPOT/ERS images and more particularly on several strategies in fusion. The objective of the fusion, i.e., the application, is prominent as it determines the conditioning of the images and the fusion strategy. Two applications are dealt with aiming at demonstrating the benefit of SAR imagery in fusion in agronomy and snow cover. Fusion of attributes is performed in the first example within a model of vegetation growth. Attributes extracted from images are thematically interpreted. Experience gained in exploitation of optical data is used to understand the attributes obtained from the radar image. Further, the benefit of fusing both sources of attributes is assessed versus using only one source. A first experiment is made with contemporary images and a second one with non-contemporary sources. Assimilating both sources of data reveals beneficial as the number of available radar images is greater than optical images because the latter depend on the cloud cover. The increase of input data in the growth model yields a more detailed description of the growth of the vegetation. The second application calls upon fusion of pixels. This case requests an accurate geometrical superimposition of the images and ancillary data so that interpretation can be performed at pixel level. The range of applications of this type of fusion is considerable. However, exploitation of SAR images in regions with steep relief may reveal difficult. There is no tool to process SAR data for correcting for geometrical and radiometric defects in such case. A processing chain has been created and validated to construct SAR ortho-images. It includes a modelling of the geometry and radiometry of SAR data. Emphasis was put on the detection of landmarks and resampling of irregular grid. Solving accurately these two problems was made possible by a multi-sensor cooperation. Fusion is applied for the conditioning of images and not only on conditioned images. Ortho-images of SAR data acquired in ascending and descending orbits over the Briançon area in the Alps have been built and then processed for the mapping of snow cover. This work contributes to establishing the benefit of SAR images in environmental applications and particularly when fused with optical data.
Les domaines du spectre électromagnétique utilisés par les capteurs imageurs satellitaires (passifs ou actifs) s'étendent aujourd'hui de l'optique aux hyperfréquences. Il est très vite apparu intéressant d'étudier la synergie Issue du regroupement de ces images multisource. Le travail présenté, porte sur la fusion d'images SPOT /ERS et plus particulièrement sur l'étude de différentes stratégies de fusion. L'application à laquelle sont destinées les images est prépondérante car elle spécifie le conditionnement et la stratégie à suivre pour les associer. Deux applications visant à démontrer l'apport de l'imagerie radar, d'une part dans le domaine de l'agronomie, et d'autre part dans le domaine de l'enneigement, ont été étudiées. Le premier exemple abordé porte sur la fusion d'attribut; celle-ci est réalisée au sein d'un modèle numérique de croissance végétale. L'accent est mis sur l'interprétation thématique effectuée sur des attributs qui sont extraits à partir des mesures. Une première exigence : justifier la prise en compte des mesures radar en quantifiant le gain apporté par l'opération de fusion. L'expérience acquise pour l'interprétation des mesures optique sert de référence pour analyser les conclusions tirées de l'interprétation des mesures radar. On évalue aussi l'apport d'une mesure vis-à-vis d'une autre mesure de nature différente. Un premier test utilisant des mesures mixtes contemporaines a permis de comparer les conclusions tirées des deux jeux de mesures traités en parallèle. A l'issue de ce travail, les mesures radar ayant montré leur intérêt, un nouveau test a été effectué avec des données mixtes non-contemporaines. L'assimilation des données mixtes (optique/radar) est gérée par le paramètre temps et le suivi de la croissance du végétal est amélioré par une répartition temporelle plus fine due à la multiplicité des mesures. De plus comme l'aptitude d'une mesure à rendre compte du stade de croissance de la culture varie au cours du temps, il est possible de choisir la mieux adaptée pour un instant donné. Le second exemple concerne la fusion au niveau du pixel. Dans ce cas on s'intéresse à l'interprétation pixel par pixel de la scène, ce qui demande une superposition exacte des différentes images et des données extérieures prises en comptes au sein du processus de fusion. L'étendue des applications faisant appel à ce type de fusion est considérable. Cependant, dans certaines régions, le relief très accidenté limite l'utilisation de l'imagerie radar. On constate un manque d'outils adaptés pour traiter les déformations géométriques et radiométriques rencontrées dans ce cas. Une chaîne de traitement pour construire des ortho-images a été élaborée. Ainsi la modélisation géométrique et la modélisation radiométrique d'une mesure SAR ont été traitées. Certaines étapes ont été spécialement travaillées : la détection des points d'appuis et le ré-échantillonnage d'une grille irrégulière. L'amélioration de ces deux points a été possible grâce à une collaboration multicapteur. En effet, la fusion est mise à profit dès le départ, lors du conditionnement des images, et non plus réservée pour l'analyse finale effectuée sur les informations déjà superposées. Ainsi, des ortho-images SAR acquises en phase ascendante et descendante sur la région de Briançon ont été construites pour une application dont l'objectif est d'identifier l'apport du SAR pour cartographier le manteau neigeux. La reconnaissance de l'apport des images radar, au sein des applications thématiques, favorisent leur utilisation. L'analyse conjointe des images multispectrale optique/hyperfréquence offre de nouvelles perspectives quant à la réalisation de certaines applications. La création de processus de fusion permet d'exploiter au mieux la synergie qui découle de tels regroupements. Des stratégies adaptées sont développées pour satisfaire aux spécificités de l'ensemble des données, et pourvoir à la mise à jour de résultats originaux.