28 Octobre 2014

Produit Niveau 2

Simulation du niveau 2 avec Formosat-2

MarocSud-Ouest
Données Tensift (Maroc)
(animation à meilleure résolution)
Données Muret (Sud Ouest France)
(animation à meilleure résolution)
Ces images sont des simulations des produits de niveau 2 de Venµs, à partir de jeux de données Formosat-2. Ces données sont orthorectifiées, superposées, étalonnées et converties en réflectance au sommet de l'atmosphère. Les nuages, leurs ombres et les effets atmosphériques sont corrigés. Dans ces simulations d'images, les nuages et leurs ombres apparaissent en noir, la correction atmosphérique n'utilise pas l'algorithme de Venµs décrit ci-dessous. On se sert des mesures de photomètres solaire du réseau AERONET qui sont présents sur les deux sites et qui nous donnent les Propriétés Optiques des Aérosols.

Description du produit de niveau 2

Contenu du produit

Pour la définition des produits de niveau 2, deux faits sont pris en compte :

  • Les jeux de données de Venµs auront les caractéristiques uniques suivantes : multitemporel, produits haute résolution, avec de faible effets directionnels. Les algorithmes de déduction de variables bio-physiques pour ces données sont loin d'être assez aboutis, et c'est le but de Venµs, d'aider à les développer.
  • Les jeux de données de Venµs sont faits de 50 différents jeux de données locaux sur 50 sites répartis dans le monde, il n'y aura pas de jeu de donnée global à l'échelle mondiale.

Pour ces raisons, il ne semble pas pertinent de développer des algorithmes très complexes d'inversion de variables biophysiques qui devront fonctionner sur 50 sites très différents quant à leurs caractéristiques de végétation et leurs applications. Donc au moins pour la première génération des produits de Venµs, il semble plus pertinent de limiter le traitement de niveau 2 à ce qu'il y aura de commun entre la plupart des applications : masquage des nuages et correction atmosphérique. Si des algorithmes développés par les utilisateurs de Venµs pour leurs sites semblent utiles pour d'autres utilisateurs et d'autres sites, ils pourront être ajoutés pour la seconde génération de produits Venµs.

Le niveau 2 de Venµs fournira :

  • un masque de nuage affiné
  • une réflectance de surface après correction atmosphérique sur toutes les bandes spectrales (toujours géoréférencées)
  • des indices de qualité
  • peut-être quelques indices de végétation

Alors que le niveau 1 est produit à 5 m de résolution (on veut préserver toute les informations pour le produit de niveau 1), la résolution géométrique du niveau 2 est de 10 m, car les besoins fixés pour Venµs sur le rapport signal sur bruit sont seulement respectés à partir de 10 m de résolution.

Description de l'algorithme

Voir sous le schéma pour plus d'information

Détection des nuages

Habituellement, la détection des nuages est basée sur des indexes spectraux, et se fie à des bandes spectrales dans le bleu où les réflectances de surface sont généralement faibles, et les réflectances des nuages relativement élevées. Malgré tout, certaines surfaces ont des réflectances plus élevées dans le bleu (déserts, bâtiments), ce qui oblige à utiliser des valeurs de seuil très faibles. Venµs offre deux autres critères pour détecter les nuages :

  • l'altitude des surfaces observées grâce aux bandes stéréoscopiques de Venµs (du niveau 1),
  • la lente variation des réflectances au sol.

Une combinaison de ces 3 critères sera utilisée pour détecter les nuages. L'utilisation du critère de faible variation des réflectances au sol a un inconvénient : un produit de niveau 2 doit être produit séquentiellement et à partir de plusieurs produits de niveau 1.

Correction Atmosphérique

Dans la correction atmosphérique, 2 termes doivent être corrigés :

  • l'absorption
  • la diffusion

Absorption

La correction de l'absorption par les gaz est réalisée grâce au modèle SMAC (Rahman, Dedieu, 1994) et de données venant

  • d'autres satellites (ozone avec TOMS)
  • d'informations sur l'altitude (pression pour corriger l'absortion en oxygène)
  • des images de Venµs (bande spectrale 910 pour corriger l'absorption en vapeur d'eau)

Rahman, H, et G Dedieu. 1994. SMAC: a simplified method for the atmospheric correction of satellite measurements in the solar spectrum. International journal of remote sensing 15 (1): 123-143.

Diffusion

La diffusion est due aux molécules et aux aérosols. La contribution des molécules dépend principalement de la pression, et donc de l'altitude. Un Modèle Numérique de Terrain sera utilisé en entrée de la correction atmosphérique. La contribution des aérosols est bien plus difficile à appréhender, parce que les propriétés optiques des aérosols (AOP) varient beaucoup temporellement et spatialement. Jusqu'ici, le seul moyen d'avoir une source externe fiable pour obtenir les AOP est d'installer un photomètre solaire sur le site.

Grâce à la répétitivité des acquisitions de Venµs à angles de vue constants, il est possible de mesurer directement les AOP à partir des images de Venµs. Pour cela, nous avons l'intention d'utiliser les propriétés suivantes :

  • les AOP varient lentement spatialement, la réflectance de surface varie rapidement spatialement
  • les AOP varient rapidement avec le temps, la réflectance de surface varie lentement avec le temps
  • la surface varie rapidement avec les angles d'observation et du soleil, mais les angles d'obersvation ne varient pas pour les séries temporelles de Venµs, et l'angle solaire varie très lentement.

Le principe de la méthode de correction atmosphérique est d'utiliser les données acquises pendant une période de temps très courte pour obtenir les AOP. Par conséquent, un produit de niveau 2 ne sera pas obtenu à partir d'un seul produit de niveau 1, mais à partir d'une séquence de produits de niveau 1 successifs. Une fois les AOP obtenues, la correction atmosphérique peut être effectuée, à pleine résolution. La correction atmosphérique sera basée sur des tables de calculs.

Une démonstration de la méthode Venµs pour l'estimation des aérosols a été réalisée avec Formosat-2. Ce poster montre les premiers résultats.

Correction de pente

L'illumination d'un pixel donné dépend de la pente du terrain. Si on ne prend pas en compte ce phénomène, l'estimation de la réflectance sera erronée quand la surface observée ne sera pas horizontale. Pour le niveau 2 de Venµs, nous avons l'intention d'introduire une simple correction de l'illumination, en utilisant un Modèle Numérique de Terrain (MNT) en entrée, et en supposant, comme estimation de premier ordre, que la surface observée est lambertienne.