Les produits de Niveau 3A

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Parmi les produits que nous préparons pour les traitements de données Sentinel-2 du pôle THEIA, les produits de Niveau 3A n'ont pas encore été abordés dans ce blog. Ceux-ci fournissent une synthèse mensuelle des produits de niveau 2A. Les produits de Niveau 3A devraient être bien utiles pour les raisons suivantes :

  • Le produit de Niveau 3A, fourni une fois par mois, représente un volume de données jusqu'à 6 fois inférieur à celui des niveaux 2A acquis pendant un mois.
  • Le produit de niveau 3 fournit un échantillonnage temporel régulier de l'évolution des réflectances, alors que l'échantillonnage du Niveau 2A est dépendant de la couverture nuageuse
  • Beaucoup de méthodes de traitement sont perturbées par la présence de trous dans les images dus à la couverture nuageuse. Le Niveau 3A vise à minimiser les pixels manquants.

 

Grâce au jeu de données SPOT4(Take5), nous avons pu expérimenter différentes méthodes de création des produits de Niveau 3A sur différents types de sites. C'est Mohamed Kadiri, au CESBIO, qui a pris en charge ce travail, financé par le budget CNES du projet THEIA, et avec le soutien de Mirelle Huc. La méthode consiste à calculer, pour chaque pixel, la moyenne des réflectances de surface des observations non nuageuses, obtenues pendant une demi période de N jours autour de la date T0 du produit de niveau 3A. Par exemple, dans l'exemple ci-dessous obtenu avec N=21, pour le produit du 15 mars (T0), les données utilisées couvrent la période du 24 février au 4 avril.

 

 

La moyenne calculée est une moyenne pondérée, qui attribue plus de poids :

  • aux images sans nuages
  • aux pixels situés loin de nuages
  • aux images avec peu d'aérosols
  • aux images proches de la date du produit de Niveau 3

 

Les poids et surtout la demi-période N ont une forte influence sur la qualité des résultats. Pour déterminer leurs valeurs, nous avons mis au point 3 critères de qualité :

  • le pourcentage de pixels dont la réflectance est manquante en raison des nuages
  • la différence du produit de Niveau 3A avec un produit de Niveau 2A faiblement nuageux acquis à quelques jours de la date centrale T0.
  • une mesure des artefacts. Les artefacts apparaissent en bordure des trous (dus aux nuages ou aux ombres) présents sur chacune des images.

 

Voici par exemple les performances obtenues sur le site de Versailles, site fortement nuageux lors du printemps 2013. Cette courbe confirme que malgré le mauvais  temps, Sentinel-2 devrait pouvoir fournir des produits quasiment sans nuages chaque mois sur ce genre de sites. Sur ce site, l'optimum de la durée de synthèse est compris entre 2*21 et 2*28 jours :

Performances obtenues sur le site de Versailles, pour plusieurs valeurs de la longueur de période N. En rouge, les trous résiduels (échelle à gauche), en jaune et vert, l'écart maximal à l'image centrale exprimé en réflectance, pour les 70% et 90% de pixels les meilleurs, et en bleu l'écart-type moyen des artefacts

 

Les produits de niveau 3A de Sentinel-2 devront aussi inclure une correction des effets directionnels, afin de pouvoir inclure dans un même produit de Niveau 3A des données issues de traces orbitales différentes, et donc acquises avec des angles de prise de vue différents. Enfin, en option, nous pourrons proposer une opération de bouchage des trous résiduels par interpolation temporelle ou en utilisant le comportement moyen de pixels similaires. Bref, il nous reste du pain sur la planche. Une comparaison avec la méthode classique de maximum de NDVI est fournie dans cet article.

The product level names, how they work ?

Simulation of Sentinel-2 products from Formosat-2 data (CESBIO)

 

Many of you are confused by the earth observation product names. Maybe detailing the logic behind the names will help you recall them. Here is how the THEIA Land Data Center product names were chosen.

  • we decided to use Sentinel-2 product names 1C, 2A, 3A, since we are sure Sentinel-2 will become a reference in high resolution earth observation.
    • Level 1C is a monodate ortho-rectified image expressed in TOA reflectance
    • Level 2A is a monodate ortho-rectified image expressed in surface reflectance, provided with a cloud/cloud shadow/snow/water mask
    • Level 3A is a monthly composite of Level2A Cloud/Cloud shadows free pixels
  • this nomenclature, defined by ESA and CNES, complies with the norms of the Committee on Earth Observation Satellites (CEOS)

 

CEOS naming rules are quite difficult to find, and I had searched them several times unsuccessfully. But recently, I found the list of members of the CEOS product harmonization committee, and two of its members (Frédéric Baret (INRA, France), and Kenneth McDonald (NOAA, USA)) replied very quickly to my questions.

 

The CEOS norm is based on a nomenclature defined by NASA in 1996, which is available on  Wikipedia :

 

Data Level NASA-EOSDIS Definition

http://science.nasa.gov/earth-science/earth-science-data/data-processing-levels-for-eosdis-data-products/
Level 0 Reconstructed, unprocessed instrument and payload data at full resolution, with any and all communications artifacts (e.g., synchronization frames, communications headers, duplicate data) removed.
Level 1A Reconstructed, unprocessed instrument data at full resolution, time-referenced, and annotated with ancillary information, including radiometric and geometric calibration coefficients and georeferencing parameters (e.g., platform ephemeris) computed and appended but not applied to Level 0 data.
Level 1B Level 1A data that have been processed to sensor units (not all instruments have Level 1B source data).
Level 2 Derived geophysical variables at the same resolution and location as Level 1 source data.
Level 3 Variables mapped on uniform space-time grid scales, usually with some completeness and consistency.
Level 4 Model output or results from analyses of lower-level data (e.g., variables derived from multiple measurements).

 

I do not know what you think of it, but my sense is that it is quite vague in some aspects (what is a  "sensor unit") and too directive in some other aspects : a resampling of data on a cartographic grid is only allowed at level 3. If a uses does not want to handle the always complex reprocessing of data, he has to use the level 3 data.

 

The CEOS norm provided below was clearly inspired by NASA's norm, but it allows a data resampling  starting at level 1, and the data can be expressed in Physical units and not only "Sensor units". The CEOS norm does not detail the sub-levels (1A, 2B...). However, the distinction between Level 1 and Level 2 is still a bit fuzzy, as it is not always easy to tell a physical unit from a geophysical unit. We often consider a top of atmosphere reflectance as a Level 1 product and a surface reflectance after atmospheric correction a Level 2 product. Is a surface reflectance a physical unit or a geophysical unit?

 

Data Level CEOS Definition

http://www.ceos.org/images/WGISS/Documents/Handbook.pdf

Level 0 Reconstructed unprocessed instrument data at full space time resolution with all available supplemental information to be used in subsequent processing (e.g., ephemeris, health and safety) appended.
Level 1 Unpacked, reformatted level 0 data, with all supplemental information to be used in subsequent processing appended. Optional radiometric and geometric correction applied to produce parameters in physical units. Data generally presented as full time/space resolution. A wide variety of sub level products are possible.
Level 2 Retrieved environmental variables (e.g., ocean wave height, soil moisture, ice concentration) at the same resolution and location as the level 1 source data.
Level 3 Data or retrieved environmental variables which have been spatially and/or temporally re-sampled (i.e., derived from level 1 or 2 products). Such re-sampling may include averaging and compositing.
Level 4 Model output or results from analyses of lower level data (i.e., variables that are not directly measured by the instruments, but are derived from these measurements).

 

Having had some difficulties finding the famous CEOS norm, I had build my own idea of what the CEOS norm should be, probably, from dscussions with colleagues during the POLDER.project preparation. So here is my own version of a norm ( but I know a personal norm is useless...)

 

Data Level Product nomenclature according to... myself
Level 0 Reconstructed unprocessed instrument data at full space time resolution with all available supplemental information to be used in subsequent processing (e.g., ephemeris, health and safety) appended.
Level 1 All pixels were acquired at the same time (within a few instants, during one satellite overpass), and their processing does not make assumptions on the nature of the observed pixel. Each pixel is processed in the same way, whatever it is made of (cloud, forest, sea...). The values are expressed in physical units or the product provides all the necessary information to convert the values to physical units. The product may be resampled onto a cartographic grid, or may just provide the necessary information to resample it.
Level 2 All pixels were acquired all at the same time (within a few instants, during one satellite overpass), but here, the processing may include assumptions on the nature of the pixel, for instance concerning the atmosphere, vegetation of sea state. The pixels may be processed differently according to their nature.
Level 3 The product is obtained from data acquired at different dates, often with different footprints. As for Level 2, processing may differ according to the pixel nature, and assumptions on this nature are allowed.

Level 3 products are often composite products based on the level 2 data acquired during a certain period of time (10 days, one month...)

 

The CEOS norm does not define sub-levels, and for that aspect, NASA's norm has some influence. For instance, with Sentinel-2, Level 1A and Level 1B exist as internal products and are quite similar to what is in NASA norm, while the Level 1C is ortho-rectified and expressed in top of atmosphere reflectance. The level 1C only will be distributed to standard users.

 

Sentinel-2 Mission requirement document also defines a level 2A, expressed in surface reflectance, and a Level 2B that provides biophysical variables such as LAI, fAPAR...However, none of these product will be operationally processed by Sentinel-2 ground segment. These products will be produced by THEIA Land Data Center, but not globally at first.

 

Finally, let's recall that several Earth observing missions do not respect the CEOS norms, often because their nomenclature was defined before the norm existed. It is the case of SPOT and followers (Pleiades, Rapid Eye...)

 

 

Les noms des niveaux de produits, comment ça marche ?

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Simulations des produits Sentinel-2 à partir d'images Formosat-2

 

Vous êtes nombreux à ne pas retenir les noms des produits d'observation de la terre, et si je n'étais pas tombé dedans quand j'étais petit, je ne ferais pas mieux.  Peut-être qu'en détaillant la logique qui a conduit à leur définition, il sera plus facile de les retenir. Voici donc comment les noms des produits du pôle THEIA ont été définis :

 

  • nous avons décidé d'utiliser la nomenclature de Sentinel-2 : 1C, 2A,  3A, car nous sommes convaincus que Sentinel-2 deviendra rapidement la référence en imagerie spatiale
    • Le produit de Niveau 1C est une image monodate ortho-rectifiée, exprimée en réflectance au sommet de l'atmosphère.
    • Le produit de Niveau 2A est une image monodate ortho-rectifiée, exprimée en réflectance de surface, accompagnée d'un masque de nuages/ombres de nuages/neige/eau
    • le produit de Niveau 3A est une synthèse mensuelle ortho-rectifiée des pixels non nuageux provenant des Niveau 2A.
  • cette nomenclature, définie par l'ESA et le CNES respecte les normes du Comittee on Earth Observation Satellites (CEOS)

 

Les normes du CEOS sont assez difficiles à trouver, je les avais cherchées à plusieurs reprises. Heureusement, j'ai fini par trouver quelques membres du comité travaillant sur l'interopérabilité des systèmes, et deux d'entre eux (Frédéric Baret (INRA), et Kenneth McDonald (NOAA)) ont répondu immédiatement à mes questions.

 

La norme du CEOS reprend en fait les termes d'une norme de la NASA, datant de 1986, qui elle est disponible sur Wikipedia :

 

Data Level NASA-EOSDIS Definition

http://science.nasa.gov/earth-science/earth-science-data/data-processing-levels-for-eosdis-data-products/
Level 0 Reconstructed, unprocessed instrument and payload data at full resolution, with any and all communications artifacts (e.g., synchronization frames, communications headers, duplicate data) removed. (In most cases, the EOS Data and Operations System (EDOS) provides these data to the data centers as production data sets for processing by the Science Data Processing Segment (SDPS) or by a SIPS to produce higher-level products.)
Level 1A Reconstructed, unprocessed instrument data at full resolution, time-referenced, and annotated with ancillary information, including radiometric and geometric calibration coefficients and georeferencing parameters (e.g., platform ephemeris) computed and appended but not applied to Level 0 data.
Level 1B Level 1A data that have been processed to sensor units (not all instruments have Level 1B source data).
Level 2 Derived geophysical variables at the same resolution and location as Level 1 source data.
Level 3 Variables mapped on uniform space-time grid scales, usually with some completeness and consistency.
Level 4 Model output or results from analyses of lower-level data (e.g., variables derived from multiple measurements).

 

Je ne sais pas ce que vous en pensez, mais je trouve cette description assez floue, la notion de "sensor units" n'est pas claire, et surtout, il faut attendre le produit de niveau 3 pour que les données soient rééchantillonnées sur une grille cartographique. Si l'utilisateur ne veut pas avoir à se soucier de rééchantillonnage géométrique, il doit utiliser le produit de Niveau 3.

 

La norme du CEOS (ci dessous), clairement inspirée de celle de la NASA, permet de rééchantillonner les données dès le Niveau 1 et de les exprimer en grandeur physiques et non pas pas en "sensor units". La norme du CEOS ne détaille pas les sous niveaux (1A, 1B). Il me semble que cette norme ne détaille cependant pas bien la différence entre les grandeurs physiques et variables géophysiques (par exemple, pourquoi une réflectance au sommet de l'atmosphère serait -elle une grandeur physique et une réflectance de surface une variable biophysique), et laisse beaucoup de marge d’interprétation.

 

Data Level CEOS Definition 

http://www.ceos.org/images/WGISS/Documents/Handbook.pdf

Level 0 Reconstructed unprocessed instrument data at full space time resolution with all available supplemental information to be used in subsequent processing (e.g., ephemeris, health and safety) appended.
Level 1 Unpacked, reformatted level 0 data, with all supplemental information to be used in subsequent processing appended. Optional radiometric and geometric correction applied to produce parameters in physical units. Data generally presented as full time/space resolution. A wide variety of sub level products are possible.
Level 2 Retrieved environmental variables (e.g., ocean wave height, soil moisture, ice concentration) at the same resolution and location as the level 1 source data.
Level 3 Data or retrieved environmental variables which have been spatially and/or temporally re-sampled (i.e., derived from level 1 or 2 products). Such re-sampling may include averaging and compositing.
Level 4 Model output or results from analyses of lower level data (i.e., variables that are not directly measured by the instruments, but are derived from these measurements).

Ayant eu bien du mal à trouver ces fameuses normes du CEOS, je m'en étais fait ma propre idée, probablement à partir de discussions avec les collègues qui travaillaient avec moi sur le projet POLDER. Voici ma version personnelle de la norme (sachant qu'une norme personnelle ne sert à rien bien sûr...)

 

Data Level La nomenclature des produits selon OH
Level 0 Données reconstruites mais non traitées, fournies à pleine résolution, accompagnées de toutes les informations nécessaires pour les traitements de niveaux supérieurs.
Level 1 Le produit de Niveau 1 est un produit dont tous les pixels ont été acquis à la même date (en quelques instants, au cours d'un passage du satellite), et dont le traitement ne fait pas d'hypothèses sur la nature du paysage observé. Chaque pixel de l'image est traité de la même manière, quelle que soit sa nature (nuage, forêt, mer...). Le produit exprime les données en grandeur physique ou fournit toutes les informations nécessaires pour les convertir. Il peut être rééchantillonné sur une grille cartographique ou doit fournir toutes les informations nécessaires à cette conversion.
Level 2 Le produit de Niveau 2 doit être lui aussi acquis en quelques instants, mais cette fois, des traitements différenciés par type de pixel sont autorisés, et l'on peut faire des hypothèses sur l'atmosphère, l'état de la végétation ou de la mer, et traiter les différentes classes de pixels d'une manière différente.
Level 3 Le produit de Niveau 3 est constitué de données acquises à des dates différentes, souvent avec des emprises différentes, et, comme sur le Niveau 2, les traitements peuvent faire des hypothèses sur ce qui est observé. Les produits de niveau 3 sont en général des synthèses périodiques (hebdomadaires, décadaires, mensuelles) des produits de Niveau 2.

 

 

La norme du CEOS ne définit les sous-niveaux de produits, mais dans ce domaine, la norme de la NASA a une certaine influence. Pour Sentinel-2, les produits de niveau 1A et 1B sont des produits internes assez proche de la norme de la NASA. mais le produit de niveau 1C a fournit des données ortho-rectifiées dans une projection cartographique. Seul le niveau 1C devrait être distribué aux utilisateurs normaux.

 

 

La spécification de mission de Sentinel-2 définit également un produit de Niveau 2A, exprimé en réflectance de surface après correction atmosphérique, et un produit de niveau 2B fournissant des variables biophysiques (LAI, FAPAR...). Aucun de ces produits ne sera cependant fourni par le segment sol de Sentinel-2. Ces produits existeront en revanche dans le centre de traitement de THEIA, et nous les avons déja produits pour SPOT4 (Take5).

 

Enfin, notons que de nombreux produits d'observation de la terre ne respectent pas ces normes, souvent parce que la nomenclature a été définie avant l'adoption de la norme : c'est le cas de SPOT et de ses successeurs, y compris les plus récents (Pleiades, Rapid Eye).

 

What about playing Take Five again with SPOT-5 ?

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This post is regularly updated with news (the official date of Sentinel-2 launch) or to add new arguments.


SPOT5 will soon end its career. After 12 years of image acquisitions, the satellite will retire in 2015. CNES might launch a call for scientific experiments with SPOT5 before the satellite de-orbitation. I am quite sure it would be useful to repeat the SPOT4 (Take5) experiment, for the following reasons :

 

  • The official Launch date of Sentinel-2A in now March the 30th, 2015. Even if the satellite is launched in time, the routine acquisition on the 10 day cycle orbit will start one or two months later, and it will take several months to distribute data operationally. Data from the second Sentinel-2 satellite will probably only be available the year after, we will thus have to wait until 2016 to get data with a 5 days repetitivity.
  • A new Take5 experiment based on SPOT5 would allow to go on preparing uses, methods and applications based on time series, to get ready to make an operational use of Sentinel-2 just after the data are released.
  • SPOT5 provides multispectral images with a 10 m resolution, just like Sentinel-2. A new Take5 experiment would allow better simulations of Sentinel-2 data.
  • SPOT4 (Take5) experiment was held in Spring and ended in June, we might this time try to extend the time period towards the Summer to monitor the summer crops.

For the first presentation of SPOT4(Take5) proposal, I had been told that it had no chance to succeed, and I had even used this drawing as my last slide. SPOT5 (Take5) chances of success are the same, but isn't it worth trying ?

  • The SPOT4(Take5) experiment was set up very quickly and we lacked time to convince international partners to take part to the experiment. This time, thanks to SPOT4(take5). Now, thanks to SPOT4(Take5) little celebrity, it should be easier to involve new international partners, and to reach new users. The cost for international partners to get access to data for one site every fifth day during five months was about 4000€. Please contact me if you think your organism might participate.
  • SPOT4 (Take5) sites were chosen very quickly, and many users complained they had no time to set-up ambitious measurement campaigns, to hire people for ground truth measurements and define protocols. This time, we might obtain a longer prior notice period to set things up properly.
  • The dreadful weather we had in Europe during SPOT4(take5), nearly spoiled a few experiments, but we may hope that it would not happen again if we tried it one more time.
  • ESA and JRC excepted, we did not have time to involve European partners in SPOT4 (Take5), and 95% of the sites chosen by ESA and JRC were outside Europe. This time, we could focus part of the experiment on Europe.
  • We might try to have the experiment running for a longer period that in the first time, but it will mean a  larger cost for CNES, and we willl need to have a convincing set of experiments to convince CNES.

Even if SPOT4(Take5) was a success, we will need to build an excellent proposal in order to convince CNES, in a constrained funding context. After the experiment was already funded once, it is not a premiere anymore, and its impact will be less straightforward.

 

We thus need to compensate with original ideas and a large support.  If you are interested to participate to a possible SPOT5 (Take5), please leave messages on this blog or on my email, Please do not forget to provide us the results you obtained with SPOT4(Take5).

 

Et si on rejouait Take Five avec SPOT-5 ?


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Cet article est régulièrement mis à jour avec l'arrivée de nouvelles (la date officielle de lancement de Sentinel-2), ou l'ajout de nouveaux arguments.

 

SPOT5 aussi va bientôt terminer sa carrière. Après 12 ans d'acquisitions d'images, le satellite va prendre sa retraite en 2015. Le CNES pourrait donc lancer prochainement un appel à utilisation scientifique de SPOT5 avant la désorbitation du satellite. Il me semble qu'il pourrait être utile de répéter l'expérience SPOT4(Take5), pour les raisons suivantes :

 

  • la date officielle du lancement de Sentinel-2A est le 30 avril 2015. Même si le satellite est lancé le jour prévu, il faudra un à deux mois pour que le satellite commence ses acquisitions systématiques de routine sur l'orbite prévue, et son segment sol mettra quelques mois à devenir complètement opérationnel.Il est donc malheureusement peu probable que S2A puisse être utilisé pour le suivi des cultures 2015 dans l'hémisphère Nord. Par ailleurs, le deuxième satellite de la constellation (S2-B), qui permet d'obtenir le cycle de 5 jours, ne sera disponible que l'année suivante.
  • Les données d'une expérience SPOT5 (Take5), fournissant des séries temporelles avec une répétitivité de 5 jours, permettraient donc de poursuivre la préparation des utilisateurs et le développement des applications et méthodes basées sur les séries temporelles.
  • SPOT5 permet d'obtenir des images multispectrales avec une résolution de 10 mètres, comme Sentinel-2, l'expérience permettrait donc de s'approcher davantage des caractéristiques de Sentinel-2.
  • l'expérience Take5 a eu lieu au printemps pour l'hémisphère Nord et s'est achevée fin juin. Si l'on pouvait cette fois déborder sur l'été, d'autres expériences pourraient être programmées, par exemple pour le suivi des cultures d'été.
  • l'expérience SPOT4(Take5) s'était décidée très rapidement, nous avions eu peu de temps pour convaincre de nombreux partenaires internationaux de participer à l'expérience. Cette fois, en profitant de la petite notoriété de l'expérience SPOT4(Take5), nous pourrions impliquer de nouveaux partenaires. N'hésitez pas à m'écrire si vous pensez que votre organisme pourrait participer (rappel, le coût d'accès aux données pour SPOT4(Take5) était de l'ordre de 3000 € pour un site).
  • Lors de la première présentation de la proposition SPOT4(Take5), j'avais été prévenu que cette proposition avait peu de chances d'aboutir et j'avais même utilisé ce dessin pour conclure ma présentation. Il en va de même pour SPOT5 (Take5), mais ça vaut la peine d'essayer ?

  • Les sites SPOT4 (Take5) ont été choisis très rapidement, et quelques utilisateurs se sont plaints de ne pas avoir assez de temps pour monter une campagne de mesure ambitieuse, acquérir du matériel, trouver du monde pour faire des mesures de terrain. Cette fois, la durée de préavis plus longue pourrait permettre de faire les choses proprement.
  • la météo exécrable en Europe, pendant l'expérience SPOT4 (Take5), a fortement perturbé quelques expérimentations. On peut espérer que ces conditions ne se répètent pas cette fois, et un renouvellement de Take5 donnerait l'occasion de mener à leur terme ces expériences.
  • en dehors de l'ESA et du JRC, nous n'avions pas eu le temps d'impliquer des partenaires européens dans l'expérience, et les sites choisis par l'ESA et le JRC étaient à 95% en dehors de l'Europe. Nous aurions cette fois le temps d'impliquer des partenaires européens.

 

Malgré le succès de SPOT4(Take5), il nous faudra un excellent dossier pour convaincre le CNES, dans un contexte budgétaire défavorable : alors que l'expérience a déjà eu lieu une fois, il ne s'agit plus d'une grande première et il y a donc moins à gagner sur le plan de la communication, de l'originalité de l'idée...

 

Merci donc de me signaler votre éventuel intérêt pour cette expérience, en m'écrivant directement, ou en laissant un message sur ce blog. Les idées originales sont les bienvenues. N'oubliez pas non plus de nous faire un retour sur vos éventuels résultats obtenus avec SPOT4(Take5), qui serviront peut être aussi à convaincre nos directeurs.

 

La version v3.2 de l'OTB est sortie/ OTB v3.2 is out

Les collègues du CNES et de CS-SI viennent de sortir une nouvelle version de la bibliothèque open source Orfeo Tool Box. Parmi les améliorations, je suis sûr que vous serez nombreux à apprécier la segmentation "Large Scale Mean Shift", qui permet un traitement par tuiles qui donne le même résultat que celui qui serait obtenu sur l'image traitée en un seul bloc. Cette caractéristique sera très utile pour segmenter les volumineuses séries temporelles issues de Sentinel-2.

 

http://blog.orfeo-toolbox.org/news/otb-3-20-and-monteverdi2-0-6-are-out

 

CNES and CS-SI colleagues juste released a new version of the open source library Orfeo Tool Box. Among the enhancements, I am quite sure that many of you will like the new "Large Scale Mean Shift" segmentation application,  "which allows to perform tile-wise segmentation of very large images with theoretical guarantees of getting identical results to those without tiling". This feature will be especially useful to process Sentinel-2 huge time series.

Next Sentinel-2 Conference


Our colleagues from ESA/ESRIN are organizing a new workshop to discuss the status of the preparation of Sentinel-2 scientific applications and methods. The three days workshop will be held at ESA/ESRIN premises, next May in Frascati, near Rome. It would be good to have some talks and posters about the results obtained from SPOT4(Take5) experiment. The due date for submitting abstracts is January 31st.

http://seom.esa.int/S2forScience2014/

Nos collègues de l'ESA/ESRIN organisent un nouveau workshop pour faire le point sur la préparation des applications et méthodes scientifiques pour l'utilisation de Sentinel-2. L'atelier, qui durera trois jours, se tiendra dans les locaux de l'ESA à Frascati, près de Rome. Ce serait bien d'y présenter des résultats obtenus à partir de l'expérience SPOT4(Take5). La date limite pour soumettre vos résumés est le 31 janvier.

 

 

Characterising the phenology of tropical rain forests in North Congo thanks to image time series at low and high resolution

The CIRAD research institute studies the North Congo rain forests, and uses satellite image time series to tell mainly deciduous forests from mainly evergreen forests, The analysis or 10 years of a vegetation index time series (Enhanced Vegetation Index – EVI) from MODIS images at 500m resolution, was used to produce a synthetic annual profile that characterises the phenology of the observed forests (Gond et al., 2013), and enables to separate these two forests types. It seems that these variations in leaf phenology are partly related to the geology (Fayolle et al., 2012).

 

SPOT4(Take5) image from June 2nd: top, with the geological limits, sandstone in the West and silt in the west ; bottom, the vegetation classes obtained thanks to MODIS (mainly evergreen in the West and deciduous in the East. EVI Temporal profiles of both forest types (evergreen and mainly deciduous) of North Congo between January and June by sixteen day periods. The black dashes mark the six clear SPOT4 (Take5) dates, and the dots mark the partially clear dates.

 

The SPOT4(Take5) experiment, which prefigures the data delivered by ESA's Sentinel-2, enabled to obtain 6 very clear images between February and June 2013, which is exceptional in this usually cloudy region (the clouds were in Europe this year :-( ). These images will allow us to analyse temporal profiles of photosynthetic activity with far more details than with MODIS, which is useful to understand the behaviour of these forest types, and study in detail how the are related to the geology.

 

This high temporal frequency data set enabled us to asses the possibilities of monitoring human activity in these rain forests. The images below, from SPOT4(Take5) show how a new logging track is opened by a company. It shows the capabilities of using Sentinel-2 data to identify and detect human interventions n the most remote places.

 

4 color images (SWIR, NIR and Red) in North Congo for 4 dates from March 2 June. A new forest track is being opened southward on the 4th of March, and goes further South until the 14th of April. From this date the track turns East, to access various forest sites. On the 2nd of June, the track is finished and the logging starts, it is clearly visible with a zoom.

References

Fayolle, A. Engelbrecht, B. Freycon, V. Mortier, F. Swaine, M. Réjou-Méchain, M. Doucet, J.-L. Fauvet, N. Cornu, G. Gourlet-Fleury, S. 2012 Geological substrates shape tree species and trait distributions in African moist forests PLoS ONE 7, e42381

Gond, V., Fayolle, A., Pennec, A., Cornu, G., Mayaux, P., Camberlin, P., Doumenge, C., Fauvet, N., Gourlet-Fleury, S., 2013, Vegetation structure and greenness in Central Africa from MODIS multi-temporal data, Philosophical Transaction of the Royal Society (serie B), 368: 20120309

Gourlet-Fleury, S. Rossi, V. Réjou-Méchain, M. Freycon, V. Fayolle, A. Saint-André, L. Cornu, G. Gérard, J. Sarrailh, J.-M. Flores, O. Baya, F. Billand, A. Fauvet, N. Gally, M. Henry, M. Hubert, D. Pasquier, A. Picard, N. 2011 Environmental filtering of dense-wooded species controls above-ground biomass storerd in African moist forests J.Ecol. 99, 981-990.

 

Caractérisation de la phénologie des forêts tropicales humides du nord Congo grâce aux séries temporelles à haute et basse résolution

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Le CIRAD s'intéresse aux forêts tropicales du Nord du Congo, et utilise les séries temporelles d'images pour distinguer les forêts à tendance sempervirente des forêts à tendance décidue. L’analyse de 10 années de données d’un indice de végétation (Enhanced Vegetation Index – EVI) issues d'images MODIS à 500m de résolution, a permis de reconstituer un profil temporel annuel synthétique reflétant la phénologie des formations forestières observées (Gond et al., 2013), et de séparer ces deux types de forêts. Il semble que ces variations dans la phénologie foliaire sont en partie sous la dépendance du substrat géologique (Fayolle et al., 2012), les grès de Carnot paraissant associés à des forêts davantage sempervirentes et les alluvions de la cuvette congolaise paraissant associés à des forêts davantage décidues.

 

L'image SPOT4(Take5) du 2 juin: en haut, les limites géologiques entre les grès à l’ouest et les alluvions à l’est ; en bas, les classes de végétation obtenues avec le capteur MODIS (sempervirentes à l’ouest et semi-décidues à l’est). Profils temporels EVI des types forestiers (sempervirents et semi-décidus) du nord Congo entre le mois de janvier (seizaine 1) et juin (seizaine 11). Les traits pleins noirs indiquent les six acquisitions SPOT-4 exploitables, et les pointillés noirs les acquisitions partiellement nuageuses

 

L'expérience Spot-4 (Take-5), qui préfigure les données qui seront fournies par la mission Sentinel-2 de l'ESA, a permis d’acquérir sur la zone 6 images très claires entre Février et Juin 2013, ce qui est exceptionnel dans cette zone fortement nuageuse (les nuages étaient en Europe cette année :-( ). Ces données permettront d'analyser des profils temporels de l’activité photosynthétique à un niveau de détails bien supérieur à celui de MODIS, ce qui est important pour comprendre le fonctionnement de ces types forestiers contrastés. Les six images Spot-4 permettront d’analyser avec davantage de détails spatiaux et temporels la répartition des types de forêt et leurs comportements dans le temps, de préciser la force et la nature de la dépendance des types de végétation au substrat et aussi leur capacité à stocker du carbone durant leurs cycles phénologiques.

 

Nous avons également accès à des inventaires forestiers dans ces secteurs, nous permettant de connaître les compositions floristiques des peuplements (Gourlet-Fleury et al., 2011). Enfin une base de données sur les précipitations locales a été élaborée à partir des données FewsNet (http://earlywarning.usgs.gov/fews/africa/index.php). Ces informations serviront à étayer les analyses sur des secteurs choisis pour leur homogénéité dans chacun des types de forêts.

 

Ce jeu de données à haute fréquence temporelle nous permet aussi d’évaluer les possibilités de surveillance des activités humaines en forêts tropicales humides en Afrique centrale. Les images ci-dessous, issues de l'expérience SPOT4(Take5) illustrent l’ouverture de la canopée par une compagnie forestière. Cette illustration rend compte de la capacité de la configuration de Sentinel-2 à identifier et évaluer les impacts humains dans les endroits les plus reculés de la planète.

Quatre compositions colorées (Moyen-infrarouge, proche infrarouge et rouge) au nord Congo avec, de gauche à droite, les dates du 4 mars, du 3 avril, du 13 avril et du 2 juin. A partir d’une piste forestière en haut de l’extrait, une piste forestière est ouverte vers le sud le 4 mars puis progresse vers le sud jusqu’au 13 avril. A cette date la piste se redirige vers l’est afin d'aller exploiter des peuplements forestiers. Le 2 juin les infrastructures d’exploitation sont réalisées et la coupe commence. Avec l’habitude et un zoom il est possible de repérer les trouées d’abattage qui apparaissent comme des tache rouge-rose (sol nu) au milieu la canopée (en vert).

Bibliographie

Fayolle, A. Engelbrecht, B. Freycon, V. Mortier, F. Swaine, M. Réjou-Méchain, M. Doucet, J.-L. Fauvet, N. Cornu, G. Gourlet-Fleury, S. 2012 Geological substrates shape tree species and trait distributions in African moist forests PLoS ONE 7, e42381

Gond, V., Fayolle, A., Pennec, A., Cornu, G., Mayaux, P., Camberlin, P., Doumenge, C., Fauvet, N., Gourlet-Fleury, S., 2013, Vegetation structure and greenness in Central Africa from MODIS multi-temporal data, Philosophical Transaction of the Royal Society (serie B), 368: 20120309

Gourlet-Fleury, S. Rossi, V. Réjou-Méchain, M. Freycon, V. Fayolle, A. Saint-André, L. Cornu, G. Gérard, J. Sarrailh, J.-M. Flores, O. Baya, F. Billand, A. Fauvet, N. Gally, M. Henry, M. Hubert, D. Pasquier, A. Picard, N. 2011 Environmental filtering of dense-wooded species controls above-ground biomass storerd in African moist forests J.Ecol. 99, 981-990.

 

Just back from Living Planet Symposium

I had the opportunity to participate to the ESA Living Planet Symposium, in Edinburgh, last week, together with 1800 other remote sensing data user, mostly from Europe. It is incredible to see that after more than 20 years in this domain, I know less than 10% of the audience !

There were 10 parallel sessions each day, and in the biggest room, 2 sessions were organised for each Sentinel mission, and these sessions have been filmed. These films are on the web, accessible from this page. As a reader of this blog, you might be interested by the sessions about Sentinel-2, available here :

  • Sentinel-2 mission, to have a complete update about the mission and its ground segment (official launch dates : 09/2014 (S2-A) and 09/2015 (S2-B)).
  • Sentinel-2 potential applications and services, in which I presented the SPOT(Take5) experiment (the third presentation, from 46' to 1h06'). Please be lenient, I was a little nervous in front of 150-200 people !

I also wrote (quickly) a seven page paper about the SPOT4 (Take5) experiment.