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).

 

Posted under: Comment ça marche /how it works, En Français, Sentinel-2, THEIA

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