L'ortho-rectification, comment ça marche ?

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L' "ortho-rectification" est une correction géométrique des images qui a pour but de les présenter comme si elles avaient été acquises depuis la verticale (en télédétection, on dit "au nadir"). En pratique, il s'agit de rendre l'image acquise par le satellite superposable à une carte.

Nous disposons de beaucoup d'informations pour réaliser cette opération :

  • on sait où il se trouve au moment de la prise de vue
  • on sait comment il est orienté
  • on sait comment l'instrument est orienté dans le satellite.

Sur les satellites récents (Pleiades), la précision de ces informations permet de positionner les pixels à mieux que 10 mètres près. Ce n'est pas le cas pour SPOT4, dont l'écart-type de la précision de localisation est de l'ordre de 400 mètres.

Image SPOT4 de niveau 1A en géométrie brute (en Angola) Image de Niveau 1C, ortho-rectifiée

 

Dans le cas de SPOT4, il faut donc "recaler les images", en utilisant des points d'appuis. Prendre un point d'appui consiste à lier un pixel de l'image à un point sur la carte. On peut créer des points d'appuis manuellement en identifiant, par exemple, un même croisement de routes sur la carte et sur l'image.

 

On peut aussi heureusement le faire automatiquement en utilisant une technique appelée "corrélation automatique" que je ne décrirai pas ici. Pour cela, on utilise une image de référence bien localisée et un bon modèle numérique de terrain (une carte du relief). La méthode que nous utilisons est la suivante :

  1. A partir de l'image de référence et des informations fournies par le satellite (les "données auxiliaires"), on simule l'image observée par SPOT4,
  2. on utilise la corrélation automatique (il existe d'autres méthodes) pour observer les décalages entre l'image simulée et l'image réelle.
  3. On en déduit une correction des données auxiliaires pour supprimer les décalages
  4. On peut donc trouver pour chaque point de la carte son correspondant dans l'image
  5. Il ne reste plus qu'à créer la carte par interpolation.

 

Dans nos chaînes, toutes ces opérations sont réalisées à partir d'un logiciel du CNES appelé SIGMA. Ce logiciel n'est pas distribué, mais des fonctions équivalentes existent dans l'OTB (Cf ci-dessous)

 

Pour l'expérience Take5, sur les sites situés en France, nous utilisons une image de référence réalisée par le projet GEOSUD (composante du PTSC), sur la France entière, obtenue à partir de données des satellites RapidEye. Le travail géométrique de correction de ces données RapidEye a été réalisé par l'IGN, les performances de localisation sont très bonnes.

 

Hors de France, nous ne disposons pas d'une telle référence, et nous avons décidé d'utiliser des données issues des satellites LANDSAT, dont la qualité de positionnement est honorable quoique d'un niveau inférieur à celui de GEOSUD (de l'ordre de 30 mètres), mais qui sont disponibles sur le monde entier. Mais nous ne pouvons pas nous permettre de rechercher, pays par pays les meilleures cartographies disponibles.

 

Cette opération demande une dizaine de minutes par image sur nos machines.

 

Pour en savoir plus :

  • Baillarin, S., P. Gigord, et O. Hagolle. 2008. « Automatic Registration of Optical Images, a Stake for Future Missions: Application to Ortho-Rectification, Time Series and Mosaic Products ». In Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2008, 2:II‑1112‑II‑1115. doi:10.1109/IGARSS.2008.4779194.

Avancement de SPOT4 (Take5)

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L'expérience SPOT4(Take5) a commencé il y a deux semaines, voici où nous en sommes :

  • Les acquisitions se produisent nominalement, mais en France nous sommes en train de battre des records d'absence de ciel bleu. Les sites hors de France sont souvent mieux lotis.
  • La production des données de Niveau 1A chez Astrium (SpotImage) a démarré. Elle a lieu chaque Jeudi. En comptant le temps de rétention des données dans les enregistreurs, et le délai de production, il peut se passer près de deux semaines avant que les données de Niveau 1A ne soient disponibles. Quelques ajustements sont en cours pour bien veiller à ce que l'emprise de chaque image soit constante avec le temps. Nous ne sommes donc encore en mode nominal, mais ça ne devrait pas tarder.
  • Nous avons créé les premières ortho-images avec succès, et nous avons pu fusionner 4 images SPOT acquises quasi-simultanément par les deux instruments de SPOT4 (HRVIR1, HRVIR2). La couture entre les différentes images est difficile à voir.

    Premier produit de Niveau 1C (artisanal), obtenu sur le site Provence, à partir d'une mosaïque de 4 images SPOT4 acquises simultanément, et ortho-rectifiées.

  • Dès que nous aurons obtenu plusieurs images claires sur un même site, nous pourrons tester la création de produits de Niveau 2A (corrections atmosphériques, détection de nuages)
  • Enfin, le centre de traitement MUSCATE du PTSC est en train d'adapter à SPOT4 ses outils d’enchaînement des productions. Dans quelques semaines, nous pourrons donc passer de quelques productions artisanales à la production opérationnelle des données.

SPOT4 (Take5) / Progress report

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SPOT4(Take5) experiment started two weeks ago, here is a progress report :

  • Image acquisitions are progressing nominally, but the weather above France is very poor. Other sites are much better off.
  • Production of Level 1A images started at SpotImage. It is done once a week, on Thursdays. Accounting for the delay before image download, up to 2 weeks may happen between an image acquisition and level 1A product delivery.
  • First ortho-images have been generated, and the fusion of 4 SPOT4 images works fine and almost seamlessly.
  • As soon as we get our first time series above a given site, we will start testing and tuning the Level 2A methods (Cloud detection, atmospheric corrections)
  • The MUSCATE processing centre of the French Land Thematic Centre started its adaptation to SPOT4. Modifications will take a few weeks, and after that we will be able to start operational production.

First SPOT4(Take5) Level 1C (hand made), obtained in Provence (France), from a mosaic obtained from 4 SPOT4 images acquired simultaneously and ortho-rectified.

Lancement réussi pour Landsat 8 / Successful launch for Landsat 8

(English Version)

La NASA vient de réussir parfaitement le lancement de LANDSAT 8.  A la fin de sa période de vérification et étalonnage en orbite (au CNES, on dit "recette en vol"), dans environ 3 mois, les données de Landsat 8 seront distribuées gratuitement par l'USGS. L'objectif minimal de Landsat 8 est de fournir au moins une image claire par saison sur toutes les terres émergées.

Chaque point des USA sera observé tous les 16 jours, mais dans le reste du monde, les données seront un peu moins fréquentes, et les acquisitions seront tentées ou non en fonction des prévisions météorologiques et de la dernière observation claire disponible. L'immense intérêt de Landsat est la disponibilité de données depuis 40 ans.

Le Pôle Thématique Surface Continentales devrait mettre à disposition des utilisateurs des produits de Niveau 2A basés sur Landsat 8 avant la fin 2013.

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Une grande affluence pour Take5-SudMiPy

Nous avions disposé 80 chaises dans la salle de conférences du CESBIO, mais les derniers arrivants ont du s'asseoir sur les tables au fond de la salle. Il s'agissait d'une réunion d'information et de présentation des projets liés à l'expérience SPOT4 (Take5) en Midi-Pyrénées. Sont venus :

  • de nombreux acteurs de terrain, chambre d'agriculture, parc naturels, forestiers...
  • plusieurs représentants de sociétés de services en informatique ou fournisseurs de produits issus de la télédétection
  • des chercheurs et représentants de plusieurs laboratoires et réseaux de recherche de Midi-Pyrénées,
  • plusieurs participants du CNES
  • quelques ambassadeurs d'autres sites Take5, venus voir ce qu'il se passe en Midi-Pyrénées
  • les quelques représentants du CESBIO qui ne sont pas encore fatigués d'entendre parler de SPOT4(Take5).

Pour ceux qui n'auraient pas pu entrer dans la salle (il ne faisait pas assez beau pour installer un écran géant dehors), ou qui n'ont pu venir, suivez les liens pour récupérer les planches présentées lors de la réunion.

1- le contexte, le programme GMES/Copernic : par Gérard Dedieu

2- le Pôle Thématique Surfaces Continentales, par Marc Leroy

3- objectifs et déroulement de l'expérience SPOT4(Take5), par Olivier Hagolle

4- les projets d'utilisation des données SPOT4 (Take 5) sur le site SudMiPy, par Jean François Dejoux

5- un outil de relevé de terrain sur SmartPhone Android : ODK

<a title="Emprises des sites au format kmz" href="./wp-content/uploads/2013/01/Sites_V4.kmz"><strong>kmz ci-joint</strong></a>

Le Pôle Thématique Surfaces Continentales THEIA

(English Version)

Le "Pôle Thématique Surfaces Continentales" THEIA est une structure nationale inter-organismes destinée à valoriser les données satellitaires, en premier lieu au service de la recherche environnementale sur les terres émergées, et en second lieu des politiques publiques de suivi et de gestion des ressources environnementales. Son objectif est de faciliter la mesure de l’impact des pressions anthropiques et du climat sur les écosystèmes et les territoires, observer, quantifier et modéliser les cycles de l’eau et du carbone, de suivre les évolutions des sociétés et de leurs activités, notamment de leurs pratiques agricoles, et de comprendre les dynamiques de la biodiversité.

Au sein de ce Pôle Thématique, le CNES met en place un centre de production MUlti Satellite, multi-CApteurs, pour des données multi-TEmporelles (MUSCATE). Ce centre a pour but de mettre à disposition des utilisateurs des produits prêts à l'emploi issus de séries temporelles d'images acquises sur de grands territoires. La mission Sentinel-2 sera bien sûr le fer de lance de ce centre de production, mais avant le lancement de la constellation, MUSCATE a d'ores et déjà produit les données issues de l'expérience SPOT4 (Take 5). En même temps, le centre de traitement prépare aussi l'exploitation de toutes les données LANDSAT acquises au dessus de la France continentale, de 2009 à 2011.

Le centre de production MUSCATE existe déjà sous la forme d'un prototype développé au CNES avec un fort soutien de la société CAP GEMINI. Ce prototype est déjà capable de traiter les données des satellites LANDSAT, SPOT, Formosat-2, Venµs et Sentinel-2, à partir de chaînes développées au CNES pour le traitement géométrique [1], au CESBIO pour la détection des nuages [2] et pour la correction des effets atmosphériques [3]. En parallèle, le développement d'un centre de production opérationnel est en phase de spécification.

Les produits fournis par le centre MUSCATE sont les suivants :

Simulations des produits SPOT4(Take5) à partir d'images Formosat-2

  • Niveau 1C (Données ortho-rectifiées en réflectance au sommet de l’atmosphère)
  • Niveau 2A (Données ortho-rectifiées en réflectance de surface après correction atmosphérique,  avec un masque des nuages et de leurs ombres, ainsi qu'un masque des surfaces d’eau et de neige).
  • Niveau 3A (Synthèses bi-mensuelles ou mensuelles de réflectances de surface, constituées de la moyenne pondérée des réflectances de surface des pixels non nuageux obtenus au cours de la période). Pour le moment, la chaîne de Niveau 3A n'existe que pour le satellite Venµs.

Les données produites par le centre MUSCATE seront autant que possible distribuées gratuitement aux laboratoires de recherche d'une part, et aux institutions publiques françaises d'autre part. Le PTSC disposera bien sûr, dans les mois qui viennent d'un serveur de distribution des données, dont la première version est en cours de finalisation.

[1]: Baillarin, S., P. Gigord, et O. Hagolle. 2008. « Automatic Registration of Optical Images, a Stake for Future Missions: Application to Ortho-Rectification, Time Series and Mosaic Products ». In Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2008, 2:II‑1112‑II‑1115. doi:10.1109/IGARSS.2008.4779194.

[2]: Hagolle, Olivier, Mireille Huc, David Villa Pascual, et Gérard Dedieu. 2010. « A multi-temporal method for cloud detection, applied to FORMOSAT-2, VENµS, LANDSAT and SENTINEL-2 images ». Remote Sensing of Environment 114 (8) (août 16): 1747‑1755. doi:10.1016/j.rse.2010.03.002.

[3]: Hagolle, O, G Dedieu, B Mougenot, V Debaecker, B Duchemin, et A Meygret. 2008. « Correction of aerosol effects on multi-temporal images acquired with constant viewing angles: Application to Formosat-2 images ». REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT 112 (4) (avril 15): 1689‑1701. doi:10.1016/j.rse.2007.08.016.

 

THEIA : A new French Data Centre dedicated to Land Surfaces

(French Version)

The THEIA Land Data Centre is a French inter-agency initiative designed to promote the use of satellite data, primarily for environmental research on land surfaces but also for public policy monitoring and for management of environmental resources. Its objective is to foster the use of remote sensing data to measure the impact of human pressure and climate on ecosystems and local areas, to observe, quantify and model water and carbon cycles, to follow the evolution of societies and of their activities, including agricultural practices, and to understand the dynamics of biodiversity.

 

Within the Land Data Centre, CNES set up a production centre named MUSCATE. This centre aims are providing users with ready-to-use products derived from time series of images acquired over large areas. Sentinel-2 will of course be the spearhead of the production centre, but before the launch of the Sentinel-2, MUSCATE will already begin to produce data from the SPOT4 (Take 5) experiment. At the same time, the processing centre also prepares the production of all Landsat data acquired over mainland France from 2009 to 2011.

 

MUSCATE production centre already exists in the form of a prototype developed by CNES with strong support from Cap Gemini. This prototype is already able to handle LANDSAT, SPOT, FORMOSAT-2, Sentinel-2 and Venμs data, using processors developed by CNES for geometric processing [1], and developed by CESBIO for cloud detection [2] and for atmospheric correction [3]. Simultaneously, the development of an operational production facility is being specified.

Products provided by the MUSCATE Centre are:

Simulations of SPOT4(Take5) products from Formosat-2 data
  • Level 1C (orthorectified reflectance at the top of the atmosphere)
  • Level 2A (ortho-rectified surface reflectance after atmospheric correction, along with a mask of clouds and their shadows, as well as a mask of water and snow).
  • Level 3A (bi-monthly or monthly composite products of surface reflectances, obtained as the weighted average surface reflectance of non-cloudy pixels obtained during the period). Up to now, Level 3A chain is only available for Venμs satellite.

The data produced by MUSCATE will be freely distributed to research laboratories on the one hand, and to the French public institutions on the other, they will be if possible distributed freely to a wider community. The Land Data Center is also building a distribution server to make all these data available.

 

Further reading about these products :

[1]: Baillarin, S., P. Gigord, et O. Hagolle. 2008. « Automatic Registration of Optical Images, a Stake for Future Missions: Application to Ortho-Rectification, Time Series and Mosaic Products ». In Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2008, 2:II‑1112‑II‑1115. doi:10.1109/IGARSS.2008.4779194.

[2]: Hagolle, Olivier, Mireille Huc, David Villa Pascual, et Gérard Dedieu. 2010. « A multi-temporal method for cloud detection, applied to FORMOSAT-2, VENµS, LANDSAT and SENTINEL-2 images ». Remote Sensing of Environment 114 (8) (août 16): 1747‑1755. doi:10.1016/j.rse.2010.03.002.

[3]: Hagolle, O, G Dedieu, B Mougenot, V Debaecker, B Duchemin, et A Meygret. 2008. « Correction of aerosol effects on multi-temporal images acquired with constant viewing angles: Application to Formosat-2 images ». REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT 112 (4) (avril 15): 1689‑1701. doi:10.1016/j.rse.2007.08.016.