Correction atmosphérique d'images hyperspectrales infrarouges et découplage émissivité-température de surface

par Sébastian Lesage

Thèse de doctorat en Micro-ondes, électromagnetisme et optoélectronique

Sous la direction de Alain Chédin et de Véronique Achard.

Soutenue en 2010

à Toulouse, ISAE .


  • Résumé

    Nous étudions l'estimation du spectre d'émissivité et de la température de surfaces au sol à partir d'images hyperspectrales infrarouges de résolution spatiale métrique. Nous considérons les luminances acquises à 8 km d'altitude en visée au nadir entre 4 et 12 µm par un radiomètre dont la résolution spectrale est de 10 cm-1 au-dessus de 8 µm et 15 en dessous. Notre approche utilise une nouvelle méthode de sondage atmosphérique de la bande d'absorption du CO2 à 4,3 µm et de celle de la vapeur d'eau entre 5 et 8 µm couplée à un algorithme de séparation émissivité/température. Le sondage atmosphérique est réalisé par deux jeux de réseaux de neurones paramétrés pour estimer les trois premiers coefficients de l'analyse en composante principale des profils atmosphériques de température et le contenu total en vapeur d'eau. Le choix de ces variables de sortie s'est appuyé sur une analyse de sensibilité conduite par un plan d'expériences. Le résultat du sondage atmosphérique permet ensuite de calculer les paramètres radiatifs entre 8 et 12 µm nécessaires pour estimer les spectres d'émissivité et les températures des surfaces au sol. Nous étendons l'algorithme SpSm afin d'améliorer les résultats obtenus avec des profils en vapeur d'eau de forme atypique. Cette nouvelle méthode baptisée SpSm2D introduit en tant qu'inconnue la forme des profils de vapeur d'eau lors de l'estimation des températures de surface et spectres d'émissivité. La méthode est développée puis évaluée à partir d'un grand nombre de simulations effectuées pour les différents types de masse d'air de la base de profils atmosphériques TIGR2000, différents angles solaires, les spectres d'émissivité de la base ASTER et des températures des surfaces au sol choisies aléatoirement. On étudie également l'influence de différents bruits de mesure et l'on présente une méthode adaptée au traitement d'images infrarouges exploitant l'homogénéité spatiale de l'atmosphère. Les résultats montrent que l'on parvient à estimer les températures de surface et les spectres d'émissivité à 1. 5 K et 3% près respectivement. La méthode en général et l'algorithme de sondage en particulier se révèlent également robustes aux différents bruits testés. En outre, la prise en compte de l'homogénéité spatiale de l'atmosphère améliore sensiblement les résultats du sondage et donc du processus d'estimation en général. La méthode est finalement testée sur les données du capteur S-HIS acquises lors de la campagne de mesure EAQUATE.

  • Titre traduit

    Atmospheric correction of infrared hyperspectral images and temperature / emissivity separation


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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVIII-156 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.151-156

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  • Bibliothèque : ISAE-SUPAERO Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace. Service documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010/5 LES
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