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N° d’ordre : 08/2006-M/EL REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINIS

N° d’ordre : 08/2006-M/EL REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE HOUARI BOUMEDIENE FACULTE D’ELECTRONIQUE ET D’INFORMATIQUE MEMOIRE Présenté pour l'obtention du diplôme de MAGISTER EN ELECTRONIQUE Spécialité : Traitement du Signal et des Images Par : Melle Samia MASSOUT Thème FUSION DES IMAGES SATELLITAIRES PAR LA PYRAMIDE MORPHOLOGIQUE Soutenu le 21/10/2006, devant le jury composé de : Mme A. BELHADJ-AISSA Professeur USTHB Président Mme L. HAMAMI Maître de conférences ENP Examinatrice Mr Y. CHIBANI Maître de conférences USTHB Examinateur Mme S. ALILAT Chargée de Cours USTHB Invitée Melle N. OUARAB Chargée de Cours USTHB Directrice de mémoire Table des Matières REMERCIEMENTS INTRODUCTION GENERALE………………..……………………………………………..1 CHAPITRE I FUSION D’IMAGES SATELLITAIRES 1. INTRODUCTION……………………………………………………………………...3 2. IMAGES UTILISEES………………………………………………………………….4 3. FUSION CAPTEUR PAN/CAPTEUR XS…………………………………………….5 4. TECHNIQUES DE FUSION…………………………………………………………..6 4.1. Principes des méthodes de fusion par substitution……………...……………..7 4.1.1. Fusion par la transformation IHS………………………………………7 4.1.2. Fusion par la transformation ACP……………………………………...8 4.2. Principes des méthodes de fusion par injection d’éléments haute résolution….9 4.2.1. Fusion par la méthode HPF………………………………………….....9 4.2.2. Fusion par analyse multirésolution associée aux ondelettes………….10 4.2.3. Fusion par le concept ARSIS…………………………………………11 4.2.4. Fusion par la pyramide morphologique……………………………….11 5. CONCLUSION……………………………………………………………………….12 CHAPITRE II MORPHOLOGIE MATHEMATIQUE 1. INTRODUCTION……………………………………………………………………14 2. PROPRIETES DES TRANSFORMATIONS MORPHOLOGIQUES……………….14 3. FILTRES MORPHOLOGIQUES…………………………………………………….15 3.1. Elément structurant (ES)……………………………………………………...16 3.2. Morphologie mathématique binaire…………………………………………..17 3.2.1. Dilatation……………………………………………………………...17 3.2.2. Erosion………………………………………………………………..18 3.2.3. Ouverture morphologique…………………………………………….19 3.2.4. Fermeture morphologique…………………………………………….19 3.3. Morphologie mathématique fonctionnelle……………………………………20 3.3.1. Définition de sous graphe……………………………………………..20 3.3.2. Dilatation……………………………………………………………...21 3.3.3. Erosion………………………………………………………….……..22 3.3.4. Ouverture……………………………………………………………...22 3.3.5. Fermeture……………………………………………………………...23 4. EVALUATION DES FILTRES MORPHOLOGIQUES…………………………….23 4.1. Variation de la taille de l’élément structurant………………………………...24 4.2. Variation de l’origine de l’élément structurant……………………………….25 4.3. Variation de la forme de l’élément structurant………………………………..26 5. COMBINAISON DE FILTRES MORPHOLOGIQUES.............................................28 6. CONCLUSION……………………………………………………………………….29 CHAPITRE III DECOMPOSITION PAR LA PYRAMIDE MORPHOLOGIQUE 1. INTRODUCTION……………………………………………………………………30 2. PYRAMIDE MORPHOLOGIQUE…………………………………………………..31 2.1. Principe de la décomposition………………………………………………….32 2.1.1. Filtrage………………………………………………………….……..33 2.1.2. Calcul des détails……………………………………………………...34 2.1.2.1. Applications………………………………………………....35 2.1.2.2. Evaluations...………………………………………………...35 2.1.3. Sous échantillonnage………………………………………………….37 2.1.4. Détails dus au sur échantillonnage……………………………………40 2.2. Principe de la recomposition………………………………………………….41 2.2.1. Sur échantillonnage…………………………………………………...42 2.2.2. Ajout des détails………………………………………………………42 3. ETUDE DE LA REVERSIBILITE DE LA PYRAMIDE…..………………………..43 3.1. Etude de la réversibilité en fonction des détails injectés…...…………………43 3.2. Décomposition et recomposition de l’image ‘’Bateau’’………….………..…45 3.2.1. Images des deux premiers niveaux……………………………………45 3.2.2. Images de détails des deux premiers niveaux…...…………………….46 3.2.3. Représentation pyramidale……………………………………………46 4. CONCLUSION……………………………………………………………………...49 CHAPITRE IV FUSION D’IMAGES PAR LA PYRAMIDE MORPHOLOGIQUE ET EVALUATION DES RESULTATS 1. PRINCIPE DE LA FUSION PAR LA PYRAMIDE MORPHOLOGIQUE…………50 1.1. Décomposition de l’image haute résolution…………………………………..51 1.1.1. Filtrage………………………………………………………………...51 1.1.2. Sous-échantillonnage………………………………………………….51 1.2. Recomposition de l’image basse résolution…………………………………..52 2. IMAGES UTILISEES………..……………………………………………………….53 3. CRITERES D’EVALUATION.……………………………………………………....55 4. EVALUATION DU PROCESSUS DE FUSION…………………………………….57 4.1. Présentation des images de détails……………………………………………58 4.2. Apport de l’information spatiale……………………………………………...59 4.3. Evaluation spectrale……………………………………………………….…..63 4.4. Signatures spectrales………………………………………………………….66 5. CONTRIBUTIONS…………………………………………………………………...68 5.1. Evaluation des résultats ‘’Filtre médian’’………………………...…………..68 5.1.1. Apport de l’information spatiale………………………………………68 5.1.2. Apport de l’information spectrale……………………………………..69 5.2. Evaluation des résultats de la fusion ‘’Normalisation des détails’’………......69 5.2.1. Apport de l’information spatiale ‘’facteur 1’’…………………….…..71 5.2.2. Apport de l’information spectrale ‘’facteur 1’’…………………….…72 5.2.3. Apport de l’information spatiale ‘’facteur 2’’…………………….…..72 5.2.4. Apport de l’information spectrale ‘’facteur 2’’…………………….…73 6. COMPARAISON DES FILTRES……………………………………………………75 7. CONCLUSION……………………………………………………………………….76 CONCLUSION GENERALE…...………………………………………………...………….78 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES……………………………………………………..80 Liste des Figures Figure I.1 : Niveaux de fusion d’images……………………………………………………….4 Figure I.2 : Spectre électromagnétique………………………………………………………...5 Figure I.3 : Objectif de la fusion d’images SPOT……………………………………………..6 Figure I.4 : Fusion d’images par la méthode IHS…………………………………………...…7 Figure I.5 : Fusion par la méthode ACP……………………………………………………….8 Figure I.6 : Fusion par la méthode HPF………..……………………………………………....9 Figure I.7 : Fusion d’images par la méthodes des ondelettes (AMR : analyse multirésolution)…..……………………………………………………………..10 Figure I.8 : Schéma synoptique du concept ARSIS…………………………………………..11 Figure.I.9 : Schéma de la fusion par la pyramide morphologique……………………………12 Figure II.1 : Formes de l’élément structurant………………………………………………...16 Figure II.2 : Dilatation binaire………………………………………………………………..17 Figure II.3 : Erosion binaire…………………………………………………………………..18 Figure II.4 : Ouverture binaire………………………………………………………………..19 Figure II.5 : Fermeture binaire………………………………………………………………..20 Figure II.6 : Sous graphe d’une fonction……………………………………………………..21 Figure II.7 : Dilatation en niveaux de gris (cas d’une fonction continue)................................21 Figure II.8 : Erosion en niveaux de gris (cas d’une fonction continue)………………………22 Figure II.9 : Ouverture en niveaux de gris (cas d’une fonction continue)……………………23 Figure II.10 : Fermeture en niveaux de gris (cas d’une fonction continue)…………….…….23 Figure II.11 : Image test………………………………………………………………………24 Figure II.12 : Différentes tailles de l’élément structurant…………………………………….24 Figure II.13 : Erosion appliquée à l’image ‘’bateau‘’ (variation de la taille)………………...24 Figure II.14 : Ouverture appliquée à l’image ‘’bateau‘’ (variation de la taille)………...……25 Figure II.15 : Différentes positions de l’origine de l’élément structurant……………………25 Figure II.16 : Erosion appliquée à l’image ‘’bateau‘’ (variation de l’origine)……………….26 Figure II.17 : Ouverture appliquée à l’image ‘’bateau‘’ (variation de l’origine)…………….26 Figure II.18 : Différentes formes de l’élément structurant…………………………………...27 Figure II.19 : Erosion appliquée à l’image ‘’bateau‘’ (variation de la forme)………………..27 Figure II.20 : Ouverture appliquée à l’image ‘’bateau‘’ (variation de la forme)…………......27 Figure III.1 : Schéma de l’algorithme pyramidal……………………………………………..31 Figure III.2 : Construction d’un niveau de la pyramide………………………………………32 Figure III.3 : Schéma synoptique d’une transformation morphologique……………………..32 Figure III.4 : Schéma synoptique de calcul de détails dus au filtrage………………………..35 Figure III.5 : Images résultats du filtre ouverture………………………………………….…35 Figure III.6 : Images résultats du filtre ouverture suivie d’une fermeture….………………...36 Figure III.7 : Schéma synoptique de sous échantillonnage…………………………………...37 Figure III.8 : Exemple de décimation avec un pas de 2×2……………………………………38 Figure III.9 : Schéma synoptique d’interpolation………………………………………….....40 Figure III.10 : Schéma synoptique de calcul de détails dus au sous échantillonnage………...41 Figure III.11 : Schéma de recomposition par la pyramide morphologique…………………..43 Figure III.12 : Images recomposées avec des détails différents………………..…………….44 Figure III.13 : Images basse résolution du niveau 0 et 1 de la pyramide morphologique..…..45 Figure III.14 : Images hautes fréquences du niveau 0 et 1 de la pyramide morphologique a) D , b) , c) , d) …...…46 0 , filtre inf, D 0 , filtre sup, D 1 , filtre inf, D 1 , filtre sup, Figure III.15 : Représentation pyramidale des approximations (Images des différents niveaux) de l’image originale…….…………………………………………...47 Figure III.16 : Pyramide des détails…………………………………………………………..47 Figure III.17 : Pyramide de recomposition…………………………………………………...47 Figure IV.1 : Schéma de la fusion par la pyramide morphologique………………………….50 Figure IV.2 : Synoptique de la fusion d’images par la pyramide morphologique …………...53 Figure IV.3 : Images d’Alger (SPOT)……..…………………………………………………54 Figure IV.4 : Types d’informations à évaluer….……………………………………………..55 Figure IV.5 : Images de détails ainsi que leurs histogrammes………………………………..58 Figure IV.6 : Composition colorée des images synthétisées à 10m (Alger)………………….60 Figure IV.7 : Bandes spectrales du satellite SPOT…………………………………………...63 Figure IV.8 : Composition colorée des images synthétisées et originales à 20m (Alger)……64 Figure IV.9 : Paramètre RASE des images multispectrales originales et synthétisées……….65 Figure IV.10 : Paramètre ERGAS des images multispectrales originales et synthétisées……66 Figure IV.11 : Signatures spectrales de trois thèmes…………………………………………67 Figure IV.12 : Principe de la fusion par la pyramide morphologique avec modélisation des détails………………………………………………………………….….70 Figure IV.13 : Image panchromatique et composition colorée des images synthétisées à 10m ‘filtre médian et modèle 2’ (Alger)……………………………………...74 Figure IV.14 : Comparaison des filtres par le paramètre‘’ERGAS’’………..……………….76 Figure IV.15 : Fenêtre principale du logiciel…………………………………………………76 Liste des Tableaux Tableau I.1 : Caractéristiques des capteurs PAN et XS………………………………………..5 Tableau III.1 : Paramètres statistiques des images résultats ‘’ouverture’’...………………….36 Tableau III.2 : Paramètres statistiques des images résultats ‘’Ouverture suivie d’une fermeture’’ …………………………………………………………………....36 Tableau IV.1 : Caractéristiques des images d’Alger...………………………………………..54 Tableau IV.2 : Caractéristiques statistiques des images d’Alger……………………………..54 Tableau IV.3 : Evaluation statistique du contenu spatial des images multispectrales synthétisées (Alger)…………………………………………………………...61 Figure IV.4 : Coefficients de corrélation entre les hautes fréquences de l’image panchromatique et de l’image multispectrale synthétisée…………………….62 Tableau IV.5 : Evaluation statistique du contenu spectral des images multispectrales synthétisées (Alger)…………………………………………………………...65 Tableau IV.6 : Evaluation spatiale des images synthétisées ‘filtre médian’………………….69 Tableau IV.7 : Evaluation spectrale des images synthétisées en utilisant un filtre médian…..69 Tableau IV.8 : Paramètres statistiques de l’image panchromatique et des images multispectrales synthétisées avec le facteur 1………….……………………………..71 Tableau IV.9 : Paramètres statistiques des images multispectrales originales et synthétisées avec le facteur 1………………………………………………72 Tableau IV.10 : Paramètres statistiques des images panchromatique et multispectrales synthétisées avec le facteur 2………………………..………………………..73 Tableau IV.11 : Paramètres statistiques des images multispectrales originales et synthétisées avec le facteur 2………………………………………………73 Tableau IV.12 : Evaluation spatiale des images synthétisées ‘méthode HPF’……………….75 Tableau IV.13 : Evaluation spectrale des images synthétisées ‘méthode HPF’……………...75 REMERCIEMENTS Le travail présenté dans le cadre de ce mémoire à été développé et mis en œuvre au Laboratoire de Traitement d’Images et Rayonnement (LTIR) de la Faculté d’Electronique et d’Informatique de l’Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB). Je voudrais exprimer ma gratitude, ma reconnaissance et mes remerciements à Melle N. OUARAB, Chargée de cours et de Recherche à l’USTHB pour son encadrement et à Mr Y. SMARA, Professeur à l’USTHB pour sa disponibilité et conseils. Je remercie vivement Mme A. BELHADJ-AISSA, dont j’ai pu apprécier la disponibilité et les conseils et pour l’honneur qu’elle me fait de présider ce jury. Je tiens à remercier Mr Y.CHIBANI, maître de conférences à l’USTHB, Mme L. HAMAMI, maître de conférences à l’Ecole Nationale Polytechnique (ENP) ainsi que Mme S. ALILAT, Chargée de Cours et de Recherche à l’USTHB, d’avoir accepté de faire partie du Jury. Je remercie chaleureusement Mme A. KEMMOUCHE et Mr M. BELHADJ-AISSA; maîtres de conférences à l’USTHB, pour leurs encouragements. Je tiens également à remercier tous les membres des équipes II et IV du uploads/Philosophie/ th4955.pdf