2015

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Chers lecteurs de ce blog, que cette année 2015 vous apporte joie et santé  !


L'année 2015 sera une grande année pour les séries temporelles optiques à haute résolution, avec le lancement de Sentinel-2A début mai, dans moins de quatre mois ! Nous attendons ce satellite depuis si longtemps qu'il est difficile de croire que cette date soit si proche. Et pour nous faire patienter, dès début Avril, l'orbite de SPOT5 sera modifiée, et le satellite observera une centaine de sites, avec une répétitivité de 5 jours identique à celle de Sentinel-2, jusqu'à la fin du mois d'Août.

 

Cet article est aussi l'occasion de se pencher sur ce qui a été réalisé en 2014 :

  • En début d'année, nous avons démarré le projet Sen2AGri pour l'ESA, projet qui depuis nous occupe fortement et dont l'objectif ambitieux est de mettre en place une chaîne de classification automatique des zones agricoles et des types de cultures fonctionnant à l'échelle des pays entiers.
  • Au mois de Mars, THEIA a diffusé une nouvelle version des données SPOT4 (Take5), améliorant notamment la superposition géométrique. Ces données ont maintenant été utilisées par près de 600 utilisateurs.
  • En mai, c'est la production en temps quasi réel (15 jours à un mois) des données LANDSAT 8 de Niveau 2A sur la France qui a démarré (ce type de données n'est pas encore disponible aux USA, mais pas pour longtemps...), suivi du retraitement de 3 ans de données LANDSAT 5 et LANDSAT 7.  5 ans de données sont maintenant disponibles, de 2009 à 2014, avec une interruption en 2012, après la fin de LANDSAT 5 et avant le lancement de LANDSAT 8.
  • En septembre, nous avons obtenu la décision de lancer l'expérience SPOT5 (Take5), grâce à une importante participation financière de l'ESA. L'appel a proposition de sites a été lancé par l'ESA en Novembre, et a connu un beau succès, avec 62 propositions, pour près d'une centaine de sites. L'analyse de ces propositions est en cours et le choix sera difficile, car les applications proposées sont très riches et très diverses.
  • En Septembre aussi, s'est tenue au CESBIO la réunion des Centres d'Expertise Scientifiques de Theia, qui a permis d'identifier une vingtaine de produits différents que le pôle pourrait lancer dans les prochaines années. Ces produits sont résumés dans le dernier bulletin de THEIA.
  • En Novembre, le CNES a accueilli les journées des utilisateurs de SPOT4 (Take5), pour faire le point de l'utilisation des données, avec une centaine de participants et de belles  présentations des applications permises par l'expérience.
  • En décembre, nous avons enfin lancé l'appel à propositions de sites pour Venµs, dont le calendrier de lancement est enfin stabilisé. Vous avez jusqu'au 29 janvier 2015 pour y répondre.

 

Nous aurons donc de nombreux sujets à commenter pour ce blog qui commence sa troisième année, avec un grand nombre de fidèles lecteurs. Le blog a reçu 23000 visites, et 47000 pages ont été consultées, en augmentation de 50 % par rapport à l'an dernier. Depuis quelque temps, j'ai un peu de mal à maintenir le rythme d'un article par semaine que j'essayais de tenir depuis deux ans, mais l'année 2015 devrait être riche en événements. Les contributions des utilisateurs de données sont aussi bienvenues !

En blanc, les pays pour lesquels aucune visite du blog n'a été recensée en 2014 (Ouganda, Afghanistan)

Liste des 10 pays dont proviennent le plus fréquemment les consultations du blog. Ca fait plaisir de voir la France en aussi bonne position dans un classement international

 

Publication du 3e bulletin de THEIA.


Le centre de données THEIA vient de publier son troisième bulletin, dans lequel sont présentés les futurs produits que le centre pourrait mettre à disposition dans quelques années. N’hésitez pas à vous exprimer sur les produits qui vous intéresseraient en commentant cet article. Vous y trouverez aussi des nouvelles des projets SPOT5 (Take5) et LANDSAT.

 

 

Compte rendu des journées SPOT (Take5)

Avec Sylvia Sylvander, nous avons écrit un compte rendu des journées SPOT4 (Take5) pour le CNES. Je vous en fais profiter.

Objectifs

Assistance le 18 Novembre à 9h du matin (pas le meilleur moment pour montrer qu'il y avait du monde...)

Cette réunion, organisée au CNES par Sylvia Sylvander et Danielle Barrère(CNES DCT/ME/OT), s'est déroulée les 18 et 19 Novembre au bâtiment Leonard De Vinci.

Cette réunion poursuivait les buts suivants :

  • faire le bilan de l'expérience et de l'utilisation des données
  • présenter les résultats de validation des produits, obtenus au CNES, au CESBIO ou dans les laboratoires
  • permettre aux utilisateurs de présenter leurs résultats et retours d'expérience
  • annoncer et présenter, conjointement avec l'ESA, l'expérience SPOT5 (Take5)

Participation

La réunion a réuni près d'une centaine de personnes sur les deux jours, dont quatre vingt dix inscrits.

Les participants provenaient des grands organismes, en premier lieu du CNES, de l'INRA, de l'IGN, du CIRAD, du CEREMA, de l'ONEMA, de l'IRSTEA et du CNRS. Plusieurs universités étaient représentées, Toulouse, bien sûr avec le CESBIO (12), le LA et le GET (4) de l'Observatoire Midi-Pyrénées, l'Université de Strasbourg, les Universités de Bordeaux, Montpellier, Grenoble, Saint-Etienne, Télécom Bretagne, et l'école d'ingénieurs de Purpan. Au niveau international, l'ESA, la NASA, le JRC, l'Université Catholique de Louvain (Belgique), l'Université de Marrakech, le CNCT en Tunisie, et un laboratoire du CNR Italien à Turin étaient représentés. Enfin, quelques sociétés privées ont également participé : GEOSYS, CS-SI, NOVELTIS, AIRBUS D&S, Thales, Agri-Intranet, et quelques entités mixtes, le SERTIT, et Geo-Transfert.

Après un rappel du déroulement de l'expérience SPOT4 (Take5) par S. Sylvander, la réunion a donné lieu à 21 présentations et 8 posters basés sur l'utilisation des données SPOT4 (Take5). Les planches des présentations peuvent être consultées ici

Retour d'expérience

Les utilisateurs sont très satisfaits du format des données et du serveur de distribution mis en place par THEIA.

De manière constante, les utilisateurs sont très satisfaits par les données et remercient chaleureusement le CNES et le CESBIO pour avoir réalisé cette expérience. La qualité des produits de niveau 2A a été bien appréciée, particulièrement la qualité géométrique et la correction des effets atmosphériques. Le masque de nuages fourni avec les produits de Niveau 2A a dû parfois être complété par un masquage manuel, notamment au-dessus des sites forestiers. Nous avions choisi d'utiliser les mêmes paramètres de détection sur tous les sites, mais au-dessus des forêts, dont les réflectances sont très uniformes et très faibles, la sensibilité des applications aux nuages très fins est plus importante. Pour résoudre ces difficultés, on peut envisager le traitement des masques de nuages à une meilleure résolution (100m au lieu de 200m), et, dans le cas de Sentinel-2 et LANDSAT 8, l'utilisation de la bande 1.38 µm disponible sur Sentinel-2 devrait fortement réduire ces petits défauts.

Statistiques d'ennuagement sur le site Midi-pyrénées. Les barres manquantes sont entièrement nuageuses.

Cette expérience s'est déroulée dans un contexte météorologique très défavorable en France, mais la répétitivité des données a quand même permis dans la plupart des cas, de fournir un jeu de données exploitable, avec quasiment une image par mois sur la plupart des sites Français, à l'exception de deux ou trois (Aquitaine, Loire, Alsace).

Cette constatation peut se généraliser à l'ensemble des sites SPOT4 (Take5), à l'exception des sites de forêts équatoriales pour lesquels on sait qu'il est très difficile d'obtenir ne serait-ce qu'une image claire. D'après les présentations de l'atelier, une seule application liée à la reconnaissance des types de prairies dans le département de la Loire a pâti du manque de répétitivité. L'utilisation des données sur la Tunisie aurait pu être compromise, avec une première image claire obtenue deux mois après le démarrage de l'expérience, mais cette série avait été complétée par des commandes d'images SPOT5.

Les participants ont souvent complété le jeu de données au-delà de la fin de l'expérience par des données LANDSAT 8, sans trop de difficultés pour raccorder les deux jeux de données, particulièrement en France, où un produit de Niveau 2A LANDSAT 8 est produit et distribué par THEIA.

Continuité des indices de végétation observés par SPOT4 (Take5) et Landsat 8sur deux pixels de blé et de maïs au Maroc

Validation

En dehors de la présentation du CESBIO (O.Hagolle) entièrement consacrée aux travaux de validation des produits SPOT4 (Take5), plusieurs travaux ont contribué à la validation des données :

  • Martin Claverie (NASA) a fait une comparaison exhaustive des données SPOT4 (Take5) avec celles de MODIS et obtient une très grande cohérence, qui valide à la fois les chaînes de traitement de MODIS et celles de SPOT4(Take5), basées sur des principes très différents. Elle indique aussi quelques sites sur lesquels les performances sont un peu moins bonnes et qu'il faudra examiner de plus près. La série obtenue sur Maricopa depuis deux angles de visée différents a aussi été utilisée pour comparer les performances de modèles de correction directionnelle.

  • Vincent Simonneaux (CESBIO) a étudié la stabilité des réflectances de surface mesurées par la série SPOT4 (Take5) obtenues sur des paysages invariants, et a observé une très bonne stabilité des réflectances, avec une ou deux exceptions liées à des voiles nuageux fins, ou à une légère surestimation des réflectances, contrairement à une série SPOT5 acquise sous des angles de prise de vue variables.
  • Jean-Pierre Dedieu (LTHE-CNRS) a validé la correction des effets de pente effectuée dans le niveau 2A, à partir de mesures d'albédo de la neige effectuées par le Centre d'Etudes de la Neige de Meteo France. C'est la première validation quantitative de ce produit, et la correction des effets de pente améliore bien l'accord entre mesures spatiales et mesures de terrain.
  • Wenjuan Li (INRA) a présenté des résultats de validation de variables biophysiques (Leaf Area Index) par une méthode (BV-NNET) basée sur des réseaux de neurones, développée à l'INRA d'Avignon. Cette méthode est habituellement appliquée à des séries temporelles de capteurs à basse résolution. Elle a été cette fois appliquée à des séries temporelles de données SPOT4 (Take5) et de données LANDSAT 8. Les résultats de validation par données in-situ, et la cohérence entre données SPOT4 (Take5) et LANDSAT 8 sont très satisfaisants.

Applications

Les applications sont très diverses et concernent les zones côtières, les estuaires, les prairies, les zones agricoles, les forêts ou les massifs montagneux… et les petits oiseaux.

Agriculture

Pour chacun des produits, 5 méthodes différentes sont testées, sur 12 sites différents, afin de comparer leurs performances. L'avancement des travaux et la présélection des 5 méthodes ont fait l'objet de quatre présentations aux journées Take5, et les résultats obtenus sont très encourageants pour passer à une production opérationnelle sur des pays entiers.

  • la réalisation d'une expérience de pilotage d'irrigation utilisant les données SPOT4(Take5) sur une parcelle de blé au Maroc, comparée à l'irrigation traditionnelle de l'agriculteur (M?Lepage, CESBIO-IRD). L'expérience a montré qu'il était possible d'économiser un tour d'irrigation pour un rendement équivalent. Un serveur internet permettant à l'agriculteur de suivre en temps réel les besoins en eau de ses cultures est mis en place, pour le moment avec LANDSAT 8, puis bientôt Sentinel-2.
  • Une approche similaire sur la Tunisie (V.Simonneaux, CESBIO), mettant l'accent sur la validation spatialisée des volumes d'irrigation prédits par couplage de séries temporelles optiques et télédétection, comparés aux volumes d'irrigation déclarés par les agriculteurs.

Forêt

  • la distinction d'espèces forestières (V.Gond, CIRAD) à feuilles caduques ou permanentes, en lien avec la géologie, dans le but de programmer des exploitations forestières sur des espèces caduques à régénération plus rapide, et la détection de pistes d'abattage d'arbres sur une forêt au Congo, (CIRAD)
  • la palme de l'originalité est à remettre à M.Szulkin du CEFE (CNRS, Montpellier), pour une étude de l'adaptation de la mésange bleue à son environnement dans les forêts méditérranéennes de l'Herault. La mésange doit en effet nourrir ses petits au moment du pic d'existence des chenilles qui constituent l'aliment principal. Or ce pic intervient à des dates différentes selon que la forêt est composée de chênes verts ou de chênes caduques. Les données SPOT4 (Take5) permettent d'estimer le pourcentage de chênes à feuilles caduques, et une certaine corrélation a été observée entre la fraction d'arbres caduques et la date de ponte.
  • le JRC (A. Verheggen) a évalué l'utilisation des données multi-temporelles sur plusieurs sites forestiers (9) afin de vérifier l'adéquation des données aux travaux de suivi de la dégradation forestière. Les résultats sont mitigés, et quelques sites particulièrement nuageux ne sont en fait observables qu'une fois par an (et encore, parfois par morceaux). Sur d'autres sites, les activités de coupe partielle de bois ou de mises en place de cultures sur brûlis sont parfaitement observables.
  • L'université de Strasbourg a travaillé à la distinction d'espèces forestières (Poster de S.Battiston, Icube), mais dans des conditions difficiles avec la météo du printemps 2013. Des travaux de familiarisation à la correction atmosphérique ont été également menés (Poster de Catherine Kern, Sertit)

Prairies

  • des études visant à différencier les prairies des cultures sur le département de la Loire ont été menés (C . Jacqueminet, U. de Saint Etienne): ce problème est connu pour sa difficulté, difficulté aggravée par la météo du printemps 2013.
  • l'utilisation des données SPOT4(Take5) pour estimer la biomasse produite sur des prairies en Midi-Pyrénées.(V. Roumiguié EI PURPAN, Dynafor) Les données ont permis de valider la précision d'un produit d'estimation de la productivité des prairies, qui sert de base à des contrats d'assurance, en cas de pertes de rendement dûs à de problèmes climatiques.
  • un travail d'évaluation du potentiel des données radar en bande X pour estimer l'humidité des sols des prairies, (M.El Hajj, IRSTEA) complété par l'utilisation de données SPOT4 (Take5) pour surveiller l'état de développement de la végétation

Montagne, Neige

  • de nombreuses études ont été menées sur le site des Alpes (J.P. Dedieu, LTHE, CNRS), de la validation de l'estimation de l'albedo de la neige, au suivi de la fonte de la couverture neigeuse et à ses rapports avec la végétation après la fonte.
  • Des études ont été menées, dans les Pyrénées, sur les liens entre couverture neigeuse et glissements de terrain (IRPI, CNR, Milan). L'identification de la couverture neigeuse fonctionne bien, malgré les difficultés liées à la saturation des données et aux défauts de la bande MIR sur SPOT4. Pour le calcul de l'épaisseur de neige, les résultats ne sont pas encore concluants, probablement en raison de ces mêmes défauts, mais des pistes d'améliorations ont été évoquées pendant la réunion.

Côtes

  • les données SPOT4 (Take5) ont permis de suivre les matières en suspension dans les estuaires avec une très bonne corrélation avec les mesures In-Situ (V.Lafon EPOC, Bordeaux). Sur l'estuaire de la Loire, la bonne corrélation s'accompagne d'estimations concordantes, alors qu'un écart d'un facteur 2 est observé sur la Gironde. Cet écart semble être au moins en partie dû au protocole de mesure depuis la rive de la gironde, alors qu'il existe un gradient de concentration près des bords de l'estuaire.
  • les données Take5 ont été utilisées pour suivre les variations de niveau du lac Poyang en Chine, par le SERTIT (H.Yesou). Cependant la météorologie défavorable sur ce site n'a pas permis un suivi très fréquent. Une validation des masques d'eau fournis par la chaîne de niveau 2A a été possible. Leur élaboration basée sur l'utilisation de plusieurs dates, entraîne une certaine latence dans le suivi des masques.

Multi-applications

Conclusions

L'expérience SPOT4 (Take5) constitue un beau succès :

  • plus de 550 utilisateurs ont téléchargé des données au moins une fois.
  • les données sont d'ailleurs toujours régulièrement téléchargées (160 téléchargements de séries entières en Septembre-Octobre, soit 3 par site)
  • chacune des 45 séries temporelles a été téléchargée 29 fois en moyenne.

Ce succès est confirmé par la décision de l'ESA de contribuer fortement à la répétition de l'expérience avec SPOT5, d'avril à août 2015.

On peut donc affirmer, et cela a été montré lors de la réunion, que les données ont été bien utilisées et bien utiles. Les utilisateurs ont apprécié et validé les produits fournis, 75% d'entre eux ont bien utilisé des produits de Niveau 2A, le produit le plus avancé que nous leurs proposions.

Les utilisateurs ont maintenant une vue plus concrète des données de Sentinel-2, de leur apport et des applications qu'elles pourront permettre, mais aussi des difficultés qu'il faudra résoudre pour bien les utiliser.

Plusieurs des utilisations des données laissent préfigurer une utilisation opérationnelle, c'est le cas pour les produits du projet Sen2Agri pour l'agriculture, avec la fourniture de cartes d'occupation du sol obtenues automatiquement. C'est aussi le cas de la surveillance des sédiments dans les estuaires, du suivi de la surface des étendues d'eau, du contrôle de la productivité des prairies, et du suivi des surfaces enneigées.

Cette expérience a permis de mettre en place une communauté dynamique d'utilisateurs, qui évolue en un réseau national et a constitué une première expérience pour le pôle THEIA et le centre de production MUSCATE, permettant de matérialiser son existence auprès des utilisateurs. L'expérience SPOT4 (Take5) se poursuit au travers de la rédaction d'un numéro spécial de la revue scientifique remote sensing, à paraître au printemps 2015. Le travail de vulgarisation entamé avec le blog Séries Temporelles se poursuit aussi et semble bien apprécié.

Nous remercions tous nos utilisateurs pour leur participation dynamique et créative et leur donnons rendez-vous pour la reprise du morceau Take 5 avec SPOT5, à partir du mois d'Avril 2015.

Slides from the second SPOT (Take 5) Workshop

Voici les présentations des Journées SPOT4 (Take5) du 18 et 19 novembre 2014.  Cette réunion a réuni une centaine de personnes au CNES pour faire un bilan des acquisitions et des produits distribués, prendre connaissance des travaux et résultats des utilisateurs et obtenir un retour d'expérience.
J'en profite pour remercier chaleureusement les deux organisatrices, Sylvia Sylvander et Danielle Barrère, du CNES (DCT/ME/OT), ainsi que les 23 orateurs qui nous ont proposé de brillantes présentations.

 

Here are the presentations from SPOT4 (Take5) users day on November 18th and 19th 2014. Around 100 people attended this meeting at CNES, which aimed at making an assessment of the acquisitions and products, show the users studies and results and obtain their feedback.
I would like to thank a lot the organisers, Sylvia Sylvander and Danielle Barrère from CNES, and the 23 speakers, who gave us amazing talks.

The table below gives access to all the slides.

 

S. Sylvander CNES Introduction
S. Sylvander CNES Preparation and progress of SPOT4 (Take5) experiment
O.Hagolle CESBIO/CNES SPOT4 (Take5) validation, users feedback and lessons learned
M.Kadiri CESBIO Definition, test evaluation of a monthly composite product for Sentinel-2 based on SPOT4 (Take5) data
M.Claverie U. Maryland / NASA An update on the LANDSAT8/Sentinel-2 merged reflectance product project
M.Le Page CESBIO SAT-IRR : Satellite for irrigation scheduling
V.Simonneaux CESBIO Water budget monitoring of irrigated perimeters in semi-arid areas using high resolution NDVI image time series
O.Arino ESA ESA Studies: Agriculture, Forest, Wetland, Costal Water. Preparing for Sentinel-2
M.El-Hajj TETIS/IRSTEA Estimation of soil moisture using radar and optical images over Grassland areas
J.Inglada CESBIO Automatic land-cover map production of
agricultural areas using supervised classification of SPOT4(Take5) and Landsat-8 image time series
S.Valero CESBIO Real-time crop mask production using high-spatial-temporal resolution image times series
D.Morin CESBIO Estimation of biophysical variables and cartography of irrigated surfaces with high temporal and spatial resolution images
W.Li INRA Avignon Deriving ECVs GAI and FAPAR from SPOT4 and LANDSAT8 sensors: evaluation of the consistency and comparison with ground measurements
A.Roumiguié Dynafor/EI-Purpan Forage production monitoring
C.Jacqueminet EVS-ISTHME, U. Saint-Etienne
Discrimination of herbaceous habitats using multitemporal Spot and Landsat images (Massif central – France)
V.Gond CIRAD Phenological monitoring of tropical forest ecosystems in the North of Congo
A.Verhegghen JRC Assessing Forest Degradation in the tropics using Time Series of Fine Spatial Resolution Imagery
M.Szulkin CEFE-CNRS Inferring blue tit reproductive phenology using SPOT4 imagery
S.Sylvander / O.Arino ESA SPOT5(Take5) Operations in 2015
J.P.Dedieu LTHE / CNRS Snow cover monitoring in the French Alps physical properties of surface snow, snow cover dynamics impact on vegetation
A.Facello IRPI-CNR (Italy) Snow Water Equivalent and Slope Movements from Satellite Data: potential of space-borne observations with high spatial and temporal sampling. Case study: Tena Valley (Central Pyrenees, Spain)
S.Cerisier GIP Loire-Estuaire Remote sensing data with high repetitivity : a contribution to coastal and estuarine processes knowledge
V.Lafon Geo-Transfert / EPOC, U. Bordeaux
SPOT4 (Take5) Experiment: simulation of Sentinel-2 time-series to monitor the maximum turbidity zone of tidal estuaries

Production d'un nouveau lot de données LANDSAT8 sur la France

Image typique de cette période du mois d’août 2014 (ici, la région de Champagne), mais en cherchant bien, on peut trouver quelques trous au milieu des nuages...

Les collègues du centre de production MUSCATE travaillant au CNES pour le centre de données THEIA rajoutent un nouveau lot de données LANDSAT 8 tous les 15 jours.Les dernières données produites vont du 3 au 16 août 2014, elles sont donc produites avec un délai d'un mois à un mois et demi par rapport à leur acquisition.

 

Nous pourrions faire un peu mieux, avec un risque de ne pas traiter certaines images si l'USGS ne les met pas à disposition rapidement. Cela arrive assez rarement, mais cela arrive. Faites nous savoir (en commentant ce blog) si vous avez vraiment besoin d'une mise à disposition plus rapide.

 

Les données sont disponibles ici, sans licence à signer, il suffit de s'inscrire :

http://spirit.cnes.fr/resto/Landsat

Je vous rappelle qu'il est possible d'en télécharger un grand nombre d'un coup, comme expliqué ici

Directional effect correction for Sentinel-2 composites.

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Sentinel-2 orbits

Swaths observed by Sentinel-2A, for day 1 (green), 4 (Blue), 7 (grey), 8 (Pink). For Sentinel-2B, we will have to shift that by 5 days. Distance between swaths was computed so that a little overlap is available at the equator.

The Sentinel-2 orbit was set so that the swaths observed by the satellite have a little overlap at the equator. The width of the overlap increases quickly at higher latitudes. For instance, at France latitude (45 degrees), about half of the surface will be observed twice per satellite cycle, from two adjacent swaths.

It is not very fair, since it will always be the same places that will be observed twice and the rest of the world will only be observed once (The Cesbio site is well located !)

Same as above, with a zoom over France. Here, half of the land will be observed twice per cycle (red segments), and the other half (yellow segments) once per cycle.

 

 

 

Directional correction for composites.

 

Well, the issue is that each point within the overlap zone will be observed twice, but under two different viewing angles, and therefore will have different reflectances in each swath, due to the directional effects. The users of our data often ask for monthly syntheses as cloud free as possible, that merge the data observed from different orbits.To obtain such products, a directional correction is therefore necessary.

Monthly syntheses in Toulouse region, without directional correction on the left,  with a directional correction on the right.

N.B.. The scattered green points you may see are invalid points due to saturated pixels (saturations are often observed with SPOT? which will not be the case for Sentinel-2).

 

To do that, directional models have been developed, such as the ones of Roujean or Ross-Li, that model the directional variations as a function of viewing angles and solar angles, with a rather good accuracy for most types of surfaces. Here is how they look like :

 \rho= \rho_0 (1 + K_1. F_1(angles), + K_2. F_2 (angles))

 

 \rho is the reflectance for the actual viewing and solar angles  \rho_0 is the reflectance for a given angular condition chosen to standardise the data (for instance viewing at nadir and solar angle at 45 degrees), F1 and F2 are the directional functions that depend on the angles, and  K_1 and K_2 are the coefficients of the directional model, that depend on the observe pixel type of surface.

Fortunately, in the case of S2, the angle differences are low, no more than 20 degrees. We have tried, as a first test; to find mean coefficient that could work more or less for all surfaces. Tu compute these coefficients, we used the SPOT4 (Take5) sites which have been observed under two viewing directions. These are Maricopa (In the USA), and Midi-Pyrénées, Bretagne and Provence in France. They show very different landscapes, with desert and irrigated crops in Maricopa, a very diverse agricultural landscape in Bretagne and Midi-Pyrénées, and Mediterranean forests and vineyards in Provence. We have used all the available couples of clear images separated by less than 5 days and we searched for the coefficients K_1 and K_2 that allow to minimise differences.

 

Finally, these coefficients were used to correct the data and produce composites. The monthly syntheses are finally obtained by computing  a weighted mean value of the reflectance of cloud free pixels obtained during a period of 42 days. The images above or below show the results obtained by M. Kadiri on the French sites (Maricopa is still running), with on the left the synthesis without directional correction, and on the right the one with directional correction. The shading observed from right to left on the image without correction almost disappears on the images with correction. It is the same for all 3 sites and the chosen images are the ones which show the highest differences. Knowing that the angle difference is greater for SPOT4 (Take5) than for Sentinel-2, we have good hopes that this simple method could work for Sentinel-2.

However, our sampling of 4 sites is not sufficient, we will have to prove that theses results still hold for other types of surfaces. We could do that with SPOT5 (Take5) or with the first Sentinel-2 data (which should come soon !).

 

Same as above, for Provence-Languedoc.

 

Same as above, for Bretagne

Fauchée d'un instrument : c'est la surface observée par un satellite au cours d'un passage.

Correction des effets directionnels pour les synthèses mensuelles de Sentinel-2

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Les orbites de Sentinel-2

Fauchées observées par Sentinel-2A, le jour 1 du cycle (vert), le 4 (Bleu), le 7 (gris), le 8 (rose). Pour Sentinel-2B, il faut décaler le tout de 5 jours. L'espacement entre les fauchées est déterminée par l'orbite, qui est calculé pour permettre un léger chevauchement des fauchées adjacentes à l'équateur.

L'orbite de Sentinel-2 a été calculée pour que les fauchées observées par le satellite aient une petite intersection à l'équateur. La largeur de cette intersection augmente rapidement lorsqu'on s'éloigne de l'équateur et qu'on se rapproche des pôles. A la latitude de la France (45 degrés), c'est quasiment la moitié des surfaces qui pourront être observées à deux reprises, à partir de deux fauchées adjacentes.

C'est d'ailleurs un peu injuste car ce seront toujours les mêmes endroits qui seront observés deux fois tous les 5 jours, alors que d'autres endroits ne seront observés qu'une fois, mais à la verticale. Le site Sudmipy du CESBIO semble faire partie des endroits observés deux fois, mais, je ne suis pas sûr de disposer des orbites définitives de Sentinel-2).

Zoom sur la France de l'image ci-contre. On constate qu'à la latitude de 45 degrés, la moitié des terres (trait jaune) est observée une fois par cycle, et l'autre moitié (trait rouge) deux fois par cycle (donc deux fois tous les 5 jours avec les deux satellites).

 

 

 

La correction directionnelle.

 

Bref, le problème, c'est qu'un point à l'intersection de deux fauchées adjacentes sera observé sous deux angles différents et n'aura pas les mêmes réflectances sur les deux images, en raison des effets directionnels. Or les utilisateurs de nos données (oui, vous) nous demandent souvent des images de synthèses mensuelles (si possible sans nuages), et assemblant les données acquises depuis plusieurs orbites, de préférence sans que les coutures entre orbites soient visibles. Pour obtenir de tels produits, il faut donc pratiquer une correction des effets directionnels.

Synthèses mensuelles calculées avec la méthode de la moyenne pondérée, sans correction directionnelle à gauche, avec correction directionnelle à droite.

N.B.. Les points verts que l'on voit par-ci par là sont des pixels invalides, car tout le temps nuageux ou saturés (sur SPOT, les saturations sont fréquentes, ce qui ne sera pas le cas sur Sentinel-2)

 

Pour cela, il existe des modèles directionnels, comme celui de Roujean, ou ceux de Ross-Li, qui permettent de modéliser l'évolution des réflectances en fonction des angles de prise de vue et des angles solaires, avec une précision correcte pour la plupart des surfaces. Ils se présentent sous la forme suivante :

 \rho= \rho_0 (1 + K_1. F_1(angles), + K_2. F_2 (angles))

 

 \rho est la réflectance dans les conditions de la prise de vue,  \rho_0 est la réflectance pour une direction donnée (par exemple, observation à la verticale et élévation solaire à 45 degrés), F1 et F2 sont des fonctions directionnelles qui dépendent des angles de prise de vue et des angles solaires, et  K_1 et K_2 sont les coefficients du modèle directionnel, qui vont en général dépendre de la nature du pixel observé.

 

Dans le cas de Sentinel-2, nous avons la chance que les différences d'angles de prise de vue entre deux orbites adjacentes soient faibles, tout au plus 20 degrés. Nous avons donc tenté de trouver des coefficients moyens qui fonctionneraient à peu près pour tous les paysages. Pour trouver ces coefficients, nous avons utilisé les sites de l'expérience SPOT4 (Take5) qui ont été observés sous deux angles différents. Il s'agit de Maricopa (aux USA), Midi-Pyrénées, Bretagne et Provence en France. Il s'agit de paysages très différents, avec du désert et de l'agriculture irriguée à Maricopa, un paysage agricole varié en Bretagne et en Midi-Pyrénées, et un paysage de forêts méditerranéennes et de vignes en Provence. Nous avons utilisé tous les couples d'images claires séparées par moins de 5 jours et cherché les coefficients  K_1 et K_2 qui permettent de minimiser les différences.

 

Enfin, ces coefficients ont été utilisés pour corriger les données et produire les composites. Les produits de synthèses mensuelles, sont finalement obtenus en calculant la moyenne des pixels non nuageux pendant une période de 42 jours. Les images ci-dessus présentent les derniers résultats obtenus par Mohamed Kadiri sur le site de CESBIO près de Toulouse. à gauche, sans correction directionnelle, à droite avec correction directionnelle. Le dégradé de couleurs qui apparaît sur la partie droite de l'image de gauche, sans correction, disparaît presque complètement sur l'image de droite (avec correction). Il en va de même pour toutes les dates et pour les 3 autres sites, et j'ai choisi ici l'image qui comportait les effets les plus prononcés. Sachant que la différence angulaire entre les images SPOT acquises depuis des orbites adjacentes est plus grande que pour Sentinel-2, je pense qu'on peut espérer obtenir de bons résultats avec Sentinel-2 avec cette méthode simple.

Ceci dit, notre échantillon statistique, composé de 4 sites est largement insuffisant, ces résultats devront donc être confirmés, par exemple avec SPOT5 (Take5), ou avec les premières données de Sentinel-2 (c'est bientôt !)

 

Même figure que ci-dessus pour le site Provence-Languedoc.

 

Même figure que ci-dessus pour le site Bretagne

Fauchée d'un instrument : c'est la surface observée par un satellite au cours d'un passage.

The second SPOT4 (Take5) swinging workshop

Rappel : Le CNES invite tous les utilisateurs des données SPOT4 (Take5) à un atelier de deux jours dans les locaux du CNES à Toulouse, du 18 au 19 novembre 2014. Un an et demi après l'expérience SPOT (Take5), et un an après la première réunion des utilisateurs, ce sera l'occasion de faire le point sur les résultats obtenus pendant l'expérience SPOT (Take5), et de conclure sur l'adéquation des produits distribués par le pôle THEIA et sur l'adaptation des futures données Sentinel-2 aux besoins.

 

N'oubliez donc pas de noter cette date sur vos agendas, et si vous souhaitez participer, d'envoyer un message à sylvia.sylvander@cnes.fr, avant le 15 Septembre, en lui précisant si vous souhaitez faire une présentation (avec le titre et quelques lignes d'explications).

 

Numéro Spécial SPOT4 (Take5)

Par ailleurs, le journal Remote Sensing a accepté de publier un numéro Spécial consacré à SPOT4 (Take5). Toutes les informations sont fournies ici, et la date limite pour soumettre les papiers est le 28 février 2015.

 

Reminder : CNES is inviting all the users of SPOT4-(Take5) data to a 2 days meeting in CNES Toulouse,  on the 18th and 19th of November. One year and a half after the experiment took place, and one year after the first SPOT4 (Take5) users meeting, it will be time to summarize the results obtained by SPOT4 (Take5) users and to conclude on the suitability of THEIA's products for users, and on the applicability of Sentinel-2 data depending on the applications.

 
So please save the date, and send an email to sylvia.sylvander@cnes.fr before the 15th of September, about whether you intend to participate and whether you intend to give a talk (with a title and a very short abstract).

 

SPOT4 (Take5) Special Issue

Morover, the Remote Sensing journal accepted to publish a special issue about the SPOT4(Take5) experiment. All the information is here, and the deadline for submitting scientific papers is the February the 28th, 2015.

And now, LANDSAT 8 2014

A partir de maintenant, le pôle THEIA mettra en ligne tous les mois un lot de données LANDSAT 8 supplémentaire, récemment acquises au dessus de la France. Le dernier lot publié va jusqu'au 31 mai 2014. Les données sont toujours à la même adresse : http://spirit.cnes.fr/resto/Landsat/

Nous vous conseillons toujours la lecture de la description de leur traitement, du guide d'utilisation du serveur de distribution, et de la méthode pour télécharger des lots de données d'un seul coup.

 

From now on, THEIA will release each month a new bunch of LANDSAT 8 products recently acquired over France. The most recent date is now the 31st of May 2014. The data can be downloaded from : http://spirit.cnes.fr/resto/Landsat/.

We still advise you also to read the processing description. the short user's guide for the distribution server, and a manual to download a lot of data at once.

LANDSAT 5 et 7 data over France are on line !

C'est fait, les données Landsat 5 et 7 au niveau 2A sont en ligne sur le serveur de THEIA. Elles sont accessibles depuis cette adresse http://spirit.cnes.fr/resto/Landsat/

Nous vous conseillons aussi la lecture du guide d'utilisation du serveur de distribution, et la description de leur traitement.

 

The LANDSAT 5 and 7 data at level 2A are available on THEIA's server. You may access them from http://spirit.cnes.fr/resto/Landsat/.

We advise you also to read the short user's guide for the distribution server, as well as the processing description.