Amélioration du prétraitement radiométrique et géométrique des images aéroportées PELICAN ARNAL Etienne ISEN 2007 Mémoire de fin d’études

Plan : Le système PELICAN L’instrument Le prétraitement Le logiciel B. Inventaire des problèmes liés au prétraitement C. Amélioration de la correction radiométrique Prise en compte de l’évolution temporelle du courant d’obscurité Filtrage des coefficients d’égalisation Référencement des colonnes aberrantes D. Amélioration de la correction géométrique Variation des décalages sur un axe Calcul des décalages sur les zones peu texturées E. Vue générale des améliorations implémentées

A. Le système PELICAN L’instrument GPS Acquisition multi-canal panchromatique RVBI (mode Pléiades) CCD 16 Mégapixels (4096*4106) Anti-blooming Dyn > 2000 niv de gris Socle d’amortissement pour les vibrations Time Delay Integration (Compensation de filé) Lecture des CCD à 8MHz (une acquisition / 3.5 sec)

RAPPEL: Le TDI Direction avion Nous sommes en vol, L’exposition commence … sol

RAPPEL: Le TDI Direction avion imprimé du sol L’avion avance … sol

RAPPEL: Le TDI On transfert les charges d’une ligne à la suivante, Direction avion On transfert les charges d’une ligne à la suivante, Pour décaler toutes les lignes… imprimé du sol sol

RAPPEL: Le TDI Direction avion Le signal d’un point donné au sol continu d’être accumulé dans le bon pixel… imprimé du sol sol Et on recommence… Pendant le temps d’intégration, on vide les lignes du CCD de manière synchronisée avec la vitesse de défilement de l’image du sol sur le CCD, on peut donc augmenter le temps d’intégration.

A. Le système PELICAN 2. Le prétraitement Level 1a Level 0 Caméra B0 - Import - Egalisation - Correction - Registration PC OS9 PC Linux / Windows Quadruplets d’images égalisées, corrigées et co-registrées Caméra B1 Caméra B2 Caméra B3 Système PELICAN B2 Logiciel PELICAN OS9 Manager Transfert Disque B0 Disque B1 Disque B2 Disque B3 Disque interne B3 B1 B0 Level 1a Level 0

Exécution d’une commande A. Le système PELICAN 3. Le logiciel Outils I.H.M Import Sélection des données Bande de référence Radio Egalisation Correction Géo Corrélation Modèle polynomial Grille de rééch Rééch Rééchantillonnage - MEDICIS - ORION Programmes C Scripts Exécution d’une commande

A. Le système PELICAN 3. Le logiciel Import Sélection des données Bande de référence Radio Egalisation Correction Géo Corrélation Modèle polynomial Grille de rééch Rééch Rééchantillonnage Interpolation en ligne des colonnes aberrantes MEDICIS – grille éparse (98*98) sur images brutes Sélection des coeff de corrélation > 0.7 ORION – grille éparse (206*206) ORION – sur images égalisées corrigées

B. Problèmes liés au prétraitement (1/2) Pixels aberrants Poussières Réflexions Floues Saturations Problème de correction radiométrique

B. Problèmes liés au prétraitement (2/2) Registration sur zones peu texturées

C. Amélioration de la correction radiométrique 1. Prise en compte de l’évolution temporelle du CO (1/2) Temps de chauffe des caméras ≈ 2h, Les caméras sont alimentées par l’avion,  Les CO évoluent le long d’un chantier. - Une image  une bande d’obscurité (4096*10), - La scène pollue la bande d’obscurité, surtout les 3 premières colonnes et la dernière. Influence de la dernière colonne de l’image sur la bande d’obscurité

C. Amélioration de la correction radiométrique 1. Prise en compte de l’évolution temporelle du CO (2/2) TDI  quelques lignes très peu exposées en bas de l’image, donc la bande d’obscurité y est très peu polluée. La médiane des 5 pixels centraux de la dernière ligne de la bande d’obscurité semble donner une bonne estimation du courant d’obscurité moyen de l’image :

C. Amélioration de la correction radiométrique 2. Filtrage des coefficients d’égalisation Matrice des coefficients d’égalisation La matrice des coefficients d’égalisation est composée principalement de 3 signaux : Le vignettage, qui caractérise l’optique, Une texture qui représente les barrettes CCD, Les impuretés (par ex les poussières sur l’optique) Nous allons nous intéresser à deux types de filtrage qui permettent d’améliorer la correction des poussières. - Le filtre anti-poussières - Le filtre TDI

C. Amélioration de la correction radiométrique 2. Filtrage des coefficients d’égalisation Le problème des poussières : L’égalisation engendre l’apparition d’une tâche claire en dessous de la poussière, Le décalage de la poussière entre l’image brute et les coefficients d’égalisation est dû à l’utilisation du TDI, La poussière peut se déplacer entre les acquisitions et l’étalonnage. Image brute Coefficients d’égalisation Image égalisée

C. Amélioration de la correction radiométrique 2. Filtrage des coefficients d’égalisation – Filtre anti-poussières (1/2) Supprimer les poussières sur la matrice des coefficients d’égalisation : 1- On travaille sur des petites imagettes (vignettage constant), 2- On détecte les variations locales, 3- Interpolation bilinéaire sur ces zones. Utiliser ce filtre permet de ne pas corriger les poussières Poussière détectée et interpolée

C. Amélioration de la correction radiométrique 2. Filtrage des coefficients d’égalisation – Filtre anti-poussières (2/2) Image égalisée avec les coefficients bruts (à gauche) et avec les coefficients filtrés anti-poussières (à droite)

C. Amélioration de la correction radiométrique 2. Filtrage des coefficients d’égalisation – Filtre TDI (1/3) Estimer l’effet du TDI sur la matrice des coefficients d’égalisation : Sur les acquisitions en laboratoire, la valeur du pixel [i, j] ne dépend que des caractéristiques de la cellule [i, j], alors que sur les images prises en vol, la valeur du pixel [i, j] dépend des caractéristiques de toutes les cellules de [i, j] à [i+N, j], avec N le nombre de pixels compensés par le TDI. N-1 fois Utiliser ce filtre permet de corriger les poussières plus précisément

C. Amélioration de la correction radiométrique 2. Filtrage des coefficients d’égalisation – Filtre TDI (2/3) Image égalisée avec les coefficients bruts (à gauche) et avec les coefficients filtrés TDI (à droite)

C. Amélioration de la correction radiométrique 2. Filtrage des coefficients d’égalisation – Filtre TDI (3/3) Image égalisée avec les coefficients bruts (à gauche) et avec les coefficients filtrés TDI (à droite)

C. Amélioration de la correction radiométrique 3. Référencement des colonnes aberrantes Il y a deux catégories de pixels aberrants: - les portions de colonnes (qui restent toujours aberrantes), - les pixels isolés (qui souvent redeviennent normaux). Un pixel aberrant est un pixel dont les caractéristiques (niveau d’obscurité et/ou dynamique) sont fortement différentes des autres pixels. Le pixel (X,Y) est donc déclaré aberrant ssi les deux conditions suivantes sont vérifiées : La variable K permet à l’utilisateur de définir la tolérance du système - K petit  beaucoup de pixels aberrants - K grand  peu de pixels aberrants - Valeur typique : K = 4

D. Amélioration de la correction géométrique 1. Variation des décalages sur un axe À partir des grilles de rééchantillonnage Variations des décalages plus fortes en colonne qu’en ligne, Variations faibles de la valeur moyenne (±0.5 pix), Ecart type quasi-constant, Bande bleue: temps d’intégration plus long donc plus sensible à la dérive floue, dédoublement faux points homologues

D. Amélioration de la correction géométrique 2. Calcul des décalages sur les zones peu texturées (1/2) Le problème : Points utilisés pour calculer le modèle polynomial MEDICIS, corrélation Seuillage CRIT_PRECIS > 0.7

D. Amélioration de la correction géométrique 2. Calcul des décalages sur les zones peu texturées (2/2) Une solution : On applique un décalage moyen déterminé à partir d’images très texturées du même axe dilatation On garde les décalages calculés

E. Vue générale des améliorations implémentées Correction radiométrique Correction géométrique Rééchantillonnage

L’ensemble du service DCT/SI/EI Remerciements Roger FJØRTOFT Jérôme RATIER Joël DUFFAUT Christian THOM Jean Marc DELVIT Christophe LATRY L’ensemble du service DCT/SI/EI Questions ??