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Support du cours en ligne Images radar en Télédétection: Concepts de base et ap

Support du cours en ligne Images radar en Télédétection: Concepts de base et applications Les videos sont sur le site: https://earth.esa.int/web/guest/eo-education-and-training/sar-basics-snap-course Support rédigé par laure.boudinaud@esa.int (exercices pratiques) jean-paul.rudant@univ-mlv.fr (rappels de cours) https://earth.esa.int/documents/10174/2610280/Support-de-cours-et-des-exercices Page Youtube contenant les vidéos sur lesquelles porte ce document : https://www.youtube.com/playlist?list=PLbyvawxScNbsmfg70AFO5r9ktXH0mpw-c Les vidéos consacrées aux exercices ont été réalisées avec le logiciel Sentinel1-toolbox disponible depuis le printemps 2015 ; logiciel aujourd’hui intégré dans SNAP, qui rassemble divers logiciels en une seule plateforme. Il en résulte de légères différences que nous mentionnerons ci-dessous en passant en revue l’ensemble des exercices. Il existe par ailleurs quelques écarts entre les TP annoncés en cours et les réalisations effectives. Ces quelques manques de cohérence entre rappels de cours et contenus des TP sont dus au fait que les vidéos de rappels de cours ont été réalisées par prise de vues de type « one shot » et que les TP ont été mis en place ensuite avec découverte progressive des contraintes logicielles. Afin de suivre les vidéos exercices et d’en tirer un apprentissage maximum sur comment manipuler les données satellites via le logiciel SNAP, nous conseillons de s’appuyer sur le même type de données (même format, par exemple, S1A_EW_GRDM, ou S1A_SLC, etc.) que celui présenté dans la vidéo, sans pour autant avoir à retrouver la même image exactement . Pour une autre région du monde, a une autre date d’acquisition, les étapes de manipulation de l’image restent les mêmes. Nous rappelons que les données en question sont téléchargeables sur le Sentinel Scientific Data Hub : https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home. Vous pouvez aborder rappels de cours et exercices dans l’ordre qui vous parait adapté à vos connaissances actuelles. Dans la partie consacrée aux rappels de cours sont indiquées des ressources complémentaires en français. 1 EXERCICES https://earth.esa.int/web/guest/eo-education-and-training/sar-basics-snap-course/exercices-pratiques Exercice 1. Chargement et Manipulation d’image (Sentinel-1) (durée 6’25’’) [0’00’’] La vidéo explique comment ouvrir une image Sentinel-1 dans la plateforme SNAP (qui contient la Sentinel-1 Toolbox). Ces données radar sont codées en 16bit, mais sont visualisées en 8bit. [1’20’’] Pour convertir les données de 16 en 8 bits, on utilise l’outil Convert Datatype . Dans la version plus actuelle du logiciel, on trouve cet outil dans Raster >Data Conversion (contrairement à ce qui est montré dans la vidéo, où cet outil est atteint suivant un chemin légèrement différent). On peut se rendre compte que l’image d’origine (codée en 16bit) et celle convertie en 8bit sont en effet les mêmes quand on les visualise. [2’15’’] Comment coordonner deux images et les visualiser en même temps. [3’00’’] Analyse statistique des données : comment lire l’histogramme d’une image. On se rend ainsi compte de la différence des histogrammes de l’image codée en 16bit et de celle codée en 8bit. [4’50’’ à 6’24’’] Analyse du speckle (« chatoiement » en français) sur l’image 8bit, sur une zone d’intérêt (rectangle, puis ligne). Utilisation de l’outil Analysis / Profil Plot. Exercice 2. Extraction d’une partie d’image et réduction du chatoiement (durée 9’16’’) [0’00’’] Ouverture de l’image Sentinel-1 et explication des différents fichiers de données la constituant, dont Metadata qui fournit un grand nombre d’informations sur l’acquisition et le traitement de l’image. [2’00’’] Visualisation d’une des bandes (polarisation VH) et explication de l’effet d’inversion droite-gauche, du fait de la géométrie radar, et de l’acquisition de l’image en orbite descendante du satellite. Afin de remettre l’image « approximativement á l’endroit », on utilise l’outil Flip pour inverser horizontalement l’image. Pour cela, la nouvelle version impose de créer un graphe (outil que l’on trouve dans l’onglet Tools > GraphBuilder), puis il faut cliquer droit sur le fond blanc du graphe Add > Raster > Flip pour ainsi créer l’opération reliant Read (qui concerne l’image d’intérêt) et Write (la nouvelle image, inversée, que l’on cherche à obtenir).Dans l’onglet Flip de la fenêtre du GraphBuilder, faire bien attention à sélectionner « Horizontal », pour le cas de l’image de la Bretagne sur laquelle porte cet exercice. [4’00’’] Différences entre les deux images de polarisation VV et VH. [4’45’’] Comment obtenir un extrait d’image afin de permettre une manipulation plus rapide. L’outil de SNAP s’appelle Subset. Il se trouve dans la dernière version de SNAP dans l’onglet Raster. [6’05’’ à 9’15’’] L’outil pour réduire le chatoiement (ou « speckle » en anglais) est Single Product Speckle Filter, qui se trouve dans l’onglet Radar > Speckle Filtering. Démonstration avec le filtre moyen (Mean) et le filtre de Lee, pour des fenêtres de 5 pixels par 5. Comparaison visuelle des différentes images filtrées. Exercice 3. Génération d’un interférogramme (durée 6’40’’) [0’00’’] Liste des étapes à suivre pour la génération d’un interférogramme. [1’00’’] Ouverture des deux images ; l’une « maitresse », l’autre «esclave ». Dans l’exemple, l’écart de temps entre les deux images est de 12 jours (ce qui correspond à la période de révolution du satellite). 2 [1’35’’] Utilisation du GraphBuilder, l’outil qui permet de créer une chaine d’opérations effectuées sur une ou plusieurs images (deux dans le cas d’un interférogramme). Des schémas de graphes préexistants sont disponibles dans l’outil. De manière quelque peu différente par rapport à la vidéo, on y accède dans la version la plus récente de SNAP en suivant le chemin suivant: une fois dans la fenêtre GraphBuilder, cliquer sur l’onglet Graphs en haut de la fenêtre, puis Radar > InSAR Graphs > TOPSAR1 Coreg Interferogram IW with all swaths. Une fois le graphe visualisé, les étapes sont expliquées une á une : - TOPSAR Split : chaque image est divisée en trois sous-images - Apply-Orbit-File : qui combine des informations sur l’orbite d’acquisition des images - Back-Geocoding : l’étape la plus longue, durant laquelle se fait une coregistration très précise, en appliquant un DEM extérieur (téléchargé automatiquement par le logiciel SNAP) - Interferogram : différence pixel par pixel de la valeur de la phase - TOPSAR-Deburst : le « debursting » est l’élimination des bandes noires horizontales, dites « burst », sur chaque sous-image - TOPSAR-Merge : opération qui fusionne les trois sous-images afin d’obtenir un interférogramme complet. Enfin, on choisit le fichier dans lequel sera sauvegardée l’image traitée et on lance le processus en cliquant sur Run ou Process. [Remarque: Parfois, l’opération n’aboutit pas ; il est bon relancer l’opération.] [4’40’’ à 6’39’’] Présentation des bandes obtenues: différence de phase, où on reconnait les franges topographiques (5e fichiers dans les bandes de l’objet obtenu) et cohérence, c’est-à-dire le module de la corrélation complexe entre les deux images SLC (3e fichier). Elle met en valeur le changement entre les deux images. Exercice 4. Filtrage de la phase sur un interférogramme (durée 3’56’’) [0’00’’] A partir de l’interférogramme produit lors de l’exercice 3, on fait apparaitre le 5e fichier (différence de phase). On reconnait difficilement les franges (topographiques) car l’image est relativement bruitée. Le filtrage se fait en cliquant sur l’onglet Radar > Interferometric > Filtering > Goldstein Phase Filtering (chemin légèrement différent de celui montré sur la vidéo, car l’onglet SAR processing a été renommé Radar dans la version plus récente du logiciel). Le filtre de phase de Goldstein est défini par plusieurs paramètres. Dans notre cas, nous laissons les paramètres de référence. On lance l’opération de filtrage (2’23’’) et on obtient une image sur laquelle apparaissent plus nettement les franges. [3’08’’ à 3’55’’] On visualise en parallèle les deux interférogrammes (avant et après filtrage) afin de comparer les franges de phase et noter l’effet du filtrage. Exercice 5. Mosaïque de deux images, géoréférencement (durée 9’43’’) [0’00’’] Ouverture des images Sentinel-1. Oralement il est dit que ces deux images ont été prises a quelques secondes d’arc de différence (il s’agit en fait de plusieurs minutes d’arc), elles présentent donc un recouvrement partiel et le but de cet exercice est de les combiner en une seule image. [2’04’’] Avant de faire la mosaïque elle-même, une calibration radiométrique permet d’homogénéiser les niveaux afin d’éviter des effets de bords aux raccordements entre images. Pour cela, il faut cliquer sur Radar > Radiometric > Calibrate. [2’50’’] Une fois la calibration terminée, on clique sur Radar > Sentinel-1 TOPS > S-1 Slice Assembly, afin d’effectuer le mosaïcage des deux images. 1 TOPSAR est un mode d’acquisition. Il faut donc s’assurer que la donnée sur laquelle on travaille a été acquise par ce mode, sinon on utilisera un autre graphe. 3 [4’20’’] Multi-looking (fenêtre 4x4) afin de réduire le speckle, bien qu’aux dépens de la résolution géométrique de l’image. Pour cela, cliquer sur Radar > Multi-looking. On change le nombre de Range Looks et Azimuth Looks a 4, puis on lance le processus de multilooking. On visualise ensuite les nouvelles bandes, sur lesquelles on note moins de speckle, mais moins de détails. [6’38’’ à 9’42’’] A présent, l’étape est celle de géoréférencement. Apres avoir fermé tous les produits, on choisit un nouvel outil dans Radar > Geometric > Terrain Correction > Range Doppler Terrain Correction. On laisse comme paramètres de traitement ceux par défaut. On décoche l’option « Mask out areas without elevation » afin de laisser apparaitre la mer sur l’image obtenue. Puis on lance le processus. Le produit obtenu permet uploads/Geographie/ french-brochure-esa-radar-course.pdf