The orthorectification : how it works

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The "orthorectification" is a geometrical correction of images that aims at presenting them as if they had been captured from the vertical (in the remote sensing community, we say from "Nadir"), In practice, it transforms the satellite picture in an image that can be regiistered on a map.

 

To do that, the raw (L1A) product provides us with a lot of information

  • we know where the satelllte was when the picture was taken
  • we know how it the satellite is oriented
  • we know how the instrument is oriented in the satellite.

 

On recent satellites (Pleiades), the accuracy of this information allows positioning pixels to better than 10 meters. This is not the case for SPOT4, for which the standard deviation of the positioning accuracy is around 400 meters.

SPOT4 Level 1A image with a raw geometry (in Angola) SPOT4 Level 1C orthorectified image

 

In the case of SPOT4, we must "register" the images, using ground control points (GCP).  To take a GCP is to link a pixel of the image to a point on the map. You can create a GCP manually by identifying, for example, the same crossroads on the map and the image. Fortunately, you can also do this automatically using a technique called "automatic image matching", that I will not describe here.

 

For this, we use a reference image accurately located,  and a good digital terrain model (a relief map). The method we use is as follows:

  • From the reference image and the information provided by the satellite (the "ancillary data"), we simulate the image that should have been observed by SPOT4 if these ancillary data were accurate
  • We use automatic image matching to measure shifts between the simulated image and the actual image.
  • We deduce how the auxiliary data need to be corrected to remove these offsets
  • We are the able to find the location of all the points in the map within the L1A satellite image
  • Finally, the map is created by interpolation

 

All these operations are carried out using a software developed by CNES, called SIGMA. SIGMA is not distributed outside CNES, but many other frameworks exist among which the OTB, which is also a CNES tool.

 

For the SPOT4(Take5) sites located in France, we use a reference image made by the GEOSUD project  (a component of the French National Land Data Center), covering the whole of France and obtained from RapidEye satellite data. The orthorectification of RapidEye data was conducted by IGN, and its localization performance is very good.

 

Outside France, we do not have such a reference, and we decided to use data from LANDSAT satellites : the quality of positioning of LANDSAT data honorable, though at a lower level than GEOSUD (about 30 meters), but it has the main advantage of being available worldwide.

 

The orthorectification of a SPOT4(Take5) image takes 10 minutes on our computers (using only one core).

 

In more details :

  • 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.

Trop de neige dans les Pyrénées !

 

Mercredi dernier pour fêter la première image claire au-dessus des Pyrénées depuis le début de Take 5, nous avons voulu visiter le site de Bassiès en Ariège où se concentrent les mesures nivologiques du site SudMiPy. Pas loin du but, nous avons dû rebrousser chemin devant un passage un peu risqué ! Une première équipe du labo GEODE partie un peu plus tôt a pu atteindre le plateau où se trouve notre station météo (1650 m).

Trop de neige à Bassiès

Si mes calculs sont exacts ... (photo : T. Houet)

Hélas, ils n'ont pas vu la station qui est engloutie sous trois à quatre mètres de neige. Nous savions que les capteurs de la station étaient sous la neige grâce à la télé-transmission qui tient bon, mais nous n'imaginions pas qu'elle serait submergée à ce point.

Mesure de densité

Au retour nous avons creusé une fosse pour estimer la densité du manteau neigeux. A cet endroit nous avons mesuré 700 mm d'équivalent en eau.

La station était-elle sous-dimensionnée ? Les habitants du coin nous parlaient de 1 à 2 m de neige en hiver à cette altitude. Le bulletin neige de Météo-France indique que les hauteurs de neige dans les Pyrénées sont actuellement "3 à 4 fois les valeurs normales (...) nettement au-dessus des moyennes dépassent largement les valeurs record des 30 dernières années." Dans Libération le 15 février on pouvait lire : "Dans les Pyrénées, quand trop de neige tue la neige".

Caméra automatique

Caméra automatique et vue sur la vallée de Bassiès (photo: T. Houet)

Outre la station il y a trois caméras automatiques qui dominent la vallée de Bassiès pour suivre l'évolution de l'enneigement dans le paysage en même temps que SPOT4. Ces caméras ont également souffert des conditions météo et vont devoir être réinstallées avant le début de la fonte.

La prochaine fois on monte en hélico !

 

Première mosaïque sur le site SudMiPy / 13 images mosaic on SudMipy site

Mosaique de 13 images ortho-rectifiées exprimées en réflectance au sommet de l'atmosphère. Il s'agit bien sûr d'une image sous échantillonnée, l'image entière fait 1.3 GO, et 14000*12000 pixels. Sur cette composition colorée (Rouge,PIR,MIR), la neige apparaît en bleu et se distingue bien des nuages


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Et voici la première ortho-image (N1C) fusionnant les 13 images prises par SPOT4 sur le site SudMiPy, les 16 et 17 février. La zone couvre 280*160 km². Les 13 images de Niveau 1A ont été livrées par SpotImage ce matin, et nous avons produit les ortho-images dans l'après midi, en utilisant le prototype du centre de production MUSCATE du Pôle Thématique Surfaces Continentales (seule la supervision des traitements se fait encore à la main, plus pour très longtemps)

bleu

Comme prévu, l'image est totalement claire, à part quelques brouillards dans la vallée de la Garonne et quelques cirrus sur l'ouest des Pyrénées (Au nord-est et au sud, il s'agit de neige).
Les observateurs attentifs auront remarqué la frontière entre la zone acquise le 16 et celle acquise le 17. Cette frontière est due en partie aux effets directionnels et en partie aux effets atmosphériques. Je vous en reparlerai une autre fois.


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Here is the first ortho-image (Level 1C) obtained from the 13 images taken by SPOT4 above the SudMiPy site in the South West of France, on the 16th and 17th of February 2013. The Level 1A images were delivered by SpotImage this morning, and we processed them this afternoon using the prototype of MUSCATE processing center. Only the scheduling of the processing was hand made, but we will soon have an automatic scheduler.

Enfin, du ciel bleu sur SudMipy !

Après 15 jours de nuages, le soleil est revenu sur le Sud Ouest de la France, pour le week-end des 16 et 17 février.  C'est l'occasion de démarrer la campagne de prises de vue sur le site SudMiPy. Les images acquises par SPOT4 ce week-end n'ont pas encore été descendues du satellite, mais d'autres satellites (MSG) nous ont montré que le ciel était clair. Il me semble aussi que le ciel était assez clair sur la Bretagne et l'Aquitaine, lors du passage du 15 février.

Image MSG (Visible) du 16/2 (source Eumetsat)
Image MSG (Visible) du 17/2 (source Eumetsat)

Pour visualiser les images MSG des derniers jours.

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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Premières mesures de terrain dans les Alpes pour SPOT4 (Take 5)

Des nouvelles très fraîches de nos collègues du Centre d'Etudes de la Neige, du laboratoire CNRM-GAME à Grenoble, par Marie Dumont.

Mesure d'albédo avec vue sur la Meije (sommet des écrins)

Après une semaine de mauvais temps, les prévisions étaient formelles, ciel dégagé sur le col du Lautaret ce vendredi, un peu de vent et des températures un peu trop de saison (-18°C). Bonne nouvelle car ce vendredi correspond au second passage de SPOT4 au dessus du domaine Alpes.

C’est parti donc pour la première d’une longue série de mesures de terrain simultanément au passage du satellite. Afin de mieux pouvoir interpréter les images du satellite nous mesurons à chacun de ses passages :

1/ le rayonnement solaire incident

2/ la réflectance spectrale de la neige

3/ la taille de grains, le type et la densité proche de la surface.

 

Ces mesures sont effectuées de manière à caractériser la variabilité intrapixellaire et interpixellaire

Caractérisation de la neige

de la surface du manteau neigeux sur le site choisi. Ces images à haute résolution vont nous permettre de mieux comprendre les données des imageurs à plus basse résolution. Elles vont également rendre possible l'évaluation spatiale du modèle détaillé de neige Crocus qui est actuellement utilisé pour la prévision opérationnelle du risque d'avalanche.

 


 

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>

Lancement de Landsat 8 la semaine prochaine / LANDSAT 8 is launched next week

Les événements se bousculent, en ce qui concerne les satellites à acquisition systématique. La semaine prochaine, c'est Landsat 8 ! Vous pourrez suivre le lancement à 19 heures le 11 février, sur NASA TV ou sur le blog consacré au lancement de Landsat 8.

Landsat 8, comme ses prédécesseurs, fournira des données à 30m de résolution pour un champ de 180 km, avec une répétitivité de 16 jours. Mais il apporte aussi quelques nouveautés, également disponibles pour Sentinel-2, sauf la dernière : Continue reading