Brevet FR2581494A1 — publié le 19861107

PROCEDE DE RECONSTITUTION D'IMAGE La présente invention concerne un procédé de reconstitution d'images, notamment d'images de scènes terrestres prises à partir de satellites. Pour un grand nombre de pays, notamment sous la couverture tropicale, il est impossible d'obtenir tout au long de l'année des images retransmises depuis des satellites qui soient de parfaite qualité en raison des nuages, précipitations, moussons, etc... Or, on ne peut se contenter des seules images prises pendant quelques mois de saison sèche, ce qui ne permettrait pas d'accéder à des données du sol en période où cela serait particulièrement utile (inondations par exemple), ou qui rendrait impossibletde conduire des études d'inventaire multitemporelles qui sont à la base de la télédétection. La présente invention a donc pour objet un procédé permettant d'obtenir des images exploitables du sol en toutes saisons. A cet effet, elle propose un procédé de reconstitution d'images, caractérisé par les étapes suivantes: a) On réalise au moins deux images, par prise de vue à deux instants différents, d'une même scène du sol au moyen d'un instrument évoluant en altitude; b) on compare dans l'une des images au moins, dite première image, les informations relatives aux points image à une information de référence choisie pour être une information caractéristique d'un rayonnement réfléchi par des nuages; c) on élimine dans cette image les points image pour lesquels la comparaison est non-satisfaite; d) on compare dans une autre image au moins, dite seconde image, les informations relatives aux points image, tout au moins aux points image de celle-ci qui correspondent à ceux qui ont eété éliminés de la première image, à l'information de référence;; e) on remplace les points image éliminés de la première image par les points image correspondants de la seconde image pour lesquels la comparaison est satisfaite. Comme on l'aura compris, on réalise donc une image composite, en supprimant dans une première image toutes les zones nuageuses et en comblant au moins partiellement ces zones par des portions non nuageuses extraites d'une autre image. Selon les cas, cette image composite pourra être complète et donc directement exploitable, tandis que les deux images initiales ne ltétaient pas, ou incomplète et l'on pourra faire appel à une troisième image, ou plus si nécessaire, jusqu'à obtenir une image complète. Les détails et avantages de l'invention seront maintenant décrits à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un système de prises du vue, de traitement et de restitution d'images; et la figure 2 illustre, à l'aide d'images schématisées, le procédé selon la présente invention. A l'aide d'un appareil de prises de vues 10 embarque dans un engin évoluant en altitude, comme par exemple un satellite ou un avion, on prend des images de scènes terrestres S. Comme bien connu, ces images sont à très haute définition pour permettre de distinguer des détails du sol inférieurs à quelques dizaines de mètres. Les informations optiques sont transformées en une série de signaux électriques numériques pour chacun des points d'image, ou pixels, soit directement au niveau de l'appareil de prises du vue, soit au moyen d'appareils associés, puis ces signaux numériques sont acheminés vers une station terrestre d'exploitation par tout procédé classique de télétransmission. Bien entendu, pour permettre d'effectuer toutes corrections ultérieures utiles, chaque image -en réalité une séquence d'informations numériques relatives à un ensemble de N x N pixels, en mono ou en multispectral- est reçue telle que perçue par l'appareil de prise de vues et accompagnée de diverses informations annexes; date et heure, altitude de prise de vue, incidence de la prise de vue par rapport aux coordonnées géographiques du lieu, etc.... Au niveau de la station terrestre, ces signaux sont tout d'abord stockes sur des supports de mémoire de masse M, puis convertis sous un format compatible avec les traitements numériques nécessaires pour aboutir à des images exploitables selon les applications envisagées. L'ensemble des traitements est symbolisé par la référence T. Lorsque ceux-ci ont eété effectués, les signaux traités sont acheminés à un restituteur optò- électrique R qui produit des images réelles des scènes considérées, sur tout support approprié; papier, film, écran cathodique, etc... Dans ce qui suit, on utilise les dénominations "image source" pour désigner l'ensemble des signaux numériques formattés relatifs à une image donnée, et "image corrigée" pour désigner l'ensemble des signaux numériques relatifs à cette même image, après application de divers traitements classiques non spécifiques à l'invention. Parmi ces traitements, on mentionnera brièvement: A - Traitement géométrique A partir des images sources, on reconstitue des images correspondant à une projection droite (c'est-à-dire suivant des droites parallèles à la verticale d'un point choisi pour centre) ou à toute autre image, ou à toute autre projection conventionnelle d'usasse répandu en cartographie. On remarque que ce traitement est effectué point par point et demande donc un certain temps. Dans la mesure où, conformément à l'invention, certaines zones d'images correspondant à des nuages seront reconnues inutiles, comme on le verra ci-après, on pourra avantageusement procéder au traitement géométrique après détermination des zones utiles et uniquement sur ces zones, d'où économie de temps de traitement. O - Traitement global de luminance Selon le jour, l'heure, la saison, l'angle de prise de vue, une même image peut présenter des différences de luminance importantes d'une zone à l'autre. On effectue donc une correction des luminances par rapport à une valeur de référence. Ceci permet non seulement des comparaisons à l'intérieur d'une marne image, mais également entre les images prises à des moments différents. Ici encore, compte tenu de la remarque déjà faite plus haut, il y aurait économie de temps à procéder à ce traitement après détermination des zones utiles et uniquement sur ces zones, En autre, si l'on applique ce traitement aux zones de nuages, celleci risquent de ne plus être apparentes après traitement. Pour des scènes exemptes de nuages, les traitements ciavant produisent, à l'aide du restituteur R des images directement exploitables. Par contre, lorsque ces scènes sont partiellement occultées par des nuages, l'invention propose un procédé pour reconstituer des images composites exploitables. Conformément a procédé de l'invention, illustré schématiquement à la figure 2, on effectue deux prises de vue de la même scène terrestre, à des instants différents, par lesquelles on obtient donc deux images-source I1 et I2. On procède ensuite à l'élimination des nuages de l'une des images-source, par exemple la première I1, en comparant les signaux relatifs aux pixels de cette image à un signal de référence, caractéristique d'un rayonnement émis par des nuages. On peut choisir comme critère le dépassement d'un certain seuil de luminance global dans le spectre visible. Plus particulièrement, un des critères physiques qui permet de lever le doute entre nuages et zones très lumineuses, au sol par exemple, est la détermination du coefficient d'albedo qui est le rapport entre l'énergie réfléchie par l'objet suivant une loi lambertienne et l'énergie incidente due au rayonnement solaire affecté des diffractions dues aux couches atmosphériques. En présence de nuages le coefficient est normalement égal à 1, c'est-à-dire que les nuages jouent le rôle d'un miroir parfait; pour un objet au sol le coefficient est toujours inférieur à 1. Le coefficient d'albedo se mesure par le rapport a a X slne L A est la luminosité de l'objet mesurée dans la bande spectrale par l'instrument embarqué; L A est l'énergie solaire dans la bande (constante physique); 6 est l'angle du soleil avec l'horizon au moment de l'acquisition des données L A; en général à haute altitude pour les objets au sol aA n 0,1 à 0,3 pour les nuages a# = 1 Bien entendu, l'invention ne se limite pas au seul critère ci-avant. En effet, le critère pourra consister en la présence, ou l'absence, d'énergie dans certaines longueurs d'ondes et ceci non seulement dans le spectre de la lumière visible, mais également dans l'infrarouge (proche ou lointain) et l'ultra-violet. Le critère peut également ne pas être unique mais être une conjonction de plusieurs critères élémentaires et en particulier l'usage de méthode de classification. De même, au lieu des critères particulièrement tranchés envisagés ci-avant, on peut introduire des critères à deux niveaux: par exemple deux seuils successifs de luminance; le dépassement du seuil supérieur indique une certitude de présence de nuage et le dépassement du seuil#inférieurindique une présomption de présence de nuage à confirmer par un opérateur, ou la présence d'un simple voile nuageux qui bloque certains rayonnements provenant du sol mais en laisse passer d'autres. Enfin, lorsque la technique de prise de vue permet d'accéder à des informations altimétriques (prise de vue stéréoscopique par exemple), un des critères pourra consister en un dépassement d'un seuil d'altitude. Une fois le ou les critères établis, le processus le plus élaboré consiste à vérifier si chaque point satisfait ou non le critère, mais il conduirait à des temps de traitement excessifs. Il convient donc de procéder par échantillonnage, par exemple tester uniquement un point par carré de P x P points en explorant seulement une ligne sur P lignes et dans cette ligne un point sur P points. Pour chaque point qui satisfait le critère, on peut choisir divers modes opératoires: - Eliminer l'ensemble des P x P points ce qui conduit à un temps de traitement très court, mais manque de fiabilité, certains points dans cet ensemble pouvant être "bons" et inversement certains points dans un ensemble reconnu comme "bon" peuvent être en réalité "mauvais"; - utliser ce point comme départ d'une analyse plus fine, par exemple revenir en arrière en explorant tous les points jusqu'à trouver le dernier "bon" point et poursuivre au delà pour localiser le prochain "bon" point. Procéder de proche en proche sur les lignes intermédiaires d'une manière analogue. Dans le cas d'un critère à deux niveaux, on procèdera à l'inventaire des zones correspondant au niveau intermédiaire de la même maniera que décrit ci-avant et on leur affectera un indice "2e choix" afin de les distinguer des zones "12r choix" correspondant au second niveau. On prévoit également la possibilité d'une intervention humaine interactive. En effet, les qualités uniques des modes de visualisation et d'interprétation humaines peuvent permettre de guider le choix et de lever certaines ambiguités apparentes. En particulier, l'oeil humain sera parfois mieux capable de relever des zones inutiles malencontreusement conservées ou des zones utiles malencontreusement éliminées. On procède ensuite de même avec la seconde image. Si l'on découpe les deux images ainsi obtenues en zones, on constate que ces zones peuvent être classées en quatre groupes différents: 1) zones conservées présentes dans les deux images; 2) zones conservées présentes dans la première image seulement; 3) zones conservées présentes dans la deuxième image seulement; 4) zones éliminées communes aux deux images. On constitue alors une image composite, en rassemblant les informations relatives aux trois premiers groupes de zones, sans possibilité de choix pour les groupes 2 et 3 et en effectuant un choix pour le groupe 1, logiquement en choisissant ces zones dans l'image la plus récente, car en effet, les informations que l'on recherche peuvent présenter une certaine obsolescence et on a intérêt à travailler sur les données les plus récentes possibles. En variante, on peut choisir pour les zones du groupe 1y des informations moyennes entre les informations issues des deux images-source. L'image composite r ainsi obtenue peut cI 2 présenter des trous et on est amené à répeter le processus en s'aidant d'une image I3, puis éventuellement d'images 14, 15 etc... La limite pratique est représentée par la période d'obsolescence des informations recherchées; si, par exemple l'obsolescence est de 6 jours, on travaillera sur les images I1 à 16, étant entendu que si le rassemblement des images Ip à 16 suffit pour obtenir une image composite complète, les images Iî à Ip 1 seront ignorées, et étant entendu également qui si l'image composite 10 est incomplète, on s'en contentera. 1-6 Lors de l'arrivée de l'image suivante I7, on effectuera une compilation sur les images 12 - I7, suivant un processus que l'on qualifiera de "glissant". L'expérience peut montrer que certaines zones sont presque systématiquement absentes des images composites "glissantes", dénotant la présence de micro-climats défavorables. L'exploration des zones correspondantes pourra alors être complétée par d'autres moyens (avions, ballons, etc...) si on le juge nécessaire. En complément de ce qui précède, on notera quelques particularités: Dans chaque image individuelle, les nuages peuvent être bordés par une zone d'ombre portée, présentant localement une luminance affaiblie par rapport à une luminance "normale" voisine. Connaissant les conditions de prises de vue (date, heure, angle) on sait que ces ombres portées sont susceptible d'apparaître dans des directions bien déterminées et dans une gamme de distances tien limitées à partir des nuages. Normalement, ces zones sont également éliminées. En variante, les zones peuvent être "récupérées" par correction de luminance spécifique, si toutefois la correction de luminance n'est pas trop importante. A un instant donné, une image prise à altitude moyenne et sous une incidence oblique, contient des informations sur des zones situées en réalité sous des nuages. On peut envisager de prendre au même moment, ou à un moment relativement rapproché, une image sous une seconde incidence qui contiendra des informations sur des zones situées sous les mêmes nuages, différentes des zones de même type dans la première image. Ceci pourra être utile dans des cas "limite" où la compilation de plusieurs images successives prises à des jours différents laisse apparaître systématiquement des "trous". Dans la mesure où deux images ainsi prises, dites I et I' correspondent à des éclairages différents, elle permettent également de "récupérer" des zones qui pourraient apparattre comme nuageuses du fait de leur luminosité dans l'une des images, mais qui en réalité ne le sont pas, comme cela apparatt dans l'autre image. Enfin, compte tenu des corrections géométriques, on peut avoir intérêt à utiliser pour partie l'une des deux images et pour partie l'autre afin de minimiser l'ampleur des corrections géométriques dans certaines zones et éviter l'apparition de certaines distorsions. Pour assurer la compilation de diverses images, on a supposé jusqu'ici que leur coincidence géométrique est a priori parfaitement assurée par le fait qu'on connaît avec précision tous les facteurs de prise de vue. En réalité cette corncidence n'est pas toujours parfaite et peut nécessiter certains ajustements I et I' permet aussi d'obtenir des informations sur les nuages eux-mêmes; altitude, direction, vitesse, évolution (augmentation ou résorbtion), etc... Dans tous ce qui précède, on a supposé que chaque image est constituée de zones "bonnes" et "mauvaises" mais on pourra bien entendu, compléter tous les raisonnements de manière appropriée lorsque les images sont constituées de zones "mauvaises", "bonnes ier choix", "bonnes 2 me choix". Il est ici aussi évident que l'on peut prévoir une intervention humaine interactive pour guider le processus de reconstitution. Selon une autre variante, lorsqu'on dispose à un instant donné d'une image composite incomplète et qu'on ne peut pas se - permettre d'attendre l'arrivée d'une nouvelle image puis le temps d'un traitement complet, on peut choisir de vérifier en temps réel au fur et à mesure de l'arrivée des données correspondant à cette nouvelle image, la présence de données valides dans tout ou partie des zones que l'on cherche à combler, lesquelles auront été au préalable géométriquement déformées de maniera à correspondre à l'incidence de prise de vue de l'image à recevoir, puis à procéder aux traitements immédiat des seules zones en question dans la nouvelle image puis à leur insertion dans l'image incomplète en attente, en dérogeant par exception à la règle selon laquelle toutes les zones valides de la nouvelle image doivent normalement remplacer les mêmes zones issues d'images plus anciennes. Le temps de traitement pourra être ainsi très court, voire nul si l'image en cours de réception ne contient aucune donnée valide dans les zones en attente, auquel cas l'image composite incomplète est immédiatement restituée. Aprés stockage intermédiaire des images reconstituées on procède à leur restitution par des moyens classiques, éventuellement avec vérification sur console de visualisation. Comme chaque image est une mosaïque de zones provenant d'images-sources prises à des moments différents, chaque pixel reçoit un indice représentatif de la date de l'image dont il est issu et l'on peut modifier les paramètres de restitution; - par exemple décaler les échelles de gris dans les différentes zones (dans le sens "plus foncé" ou "plus clair"), en décalant de plus en plus selon l'ancienneté rencontrée pour avertir l'observateur; ou encore, - procéder à une restitution en couleurs en renforçant dans les zones la prédominance de certaines couleurs représentatives, par convention, de l'ancienneté des zones; ou enfin, - en restitution en couleurs, diminuer le niveau de restitution trichromique selon l'ancienneté des zones pour aboutir à une restitution noir et blanc pour les plus anciennes; - en complément, les différentes zones d'images reconstituées peuvent être soulignées par une ligne de contour (noire, blanche, de couleur) afin de les signaler aux observateurs; - on peut aussi convenir d'ignorer l'ancienneté des zones et restituer une image uniforme, mono ou polychrome; - lorsque certaines images sont incomplètes, on peut soit représenter les zones absentes par une plage unie (noire, blanche ou de couleur), soit les "meubler" avec des portions correspondantes issues de l'image pilote ou encore de la dernière image en date où ces zones étaient présentes, bien entendu ces zones sont signalées de l'une des manières précédentes (décalage d'échelle de gris, contourage, etc...). L'invention peut faire naturellement l'objet de divers compléments: - Les corrections géométriques et de luminance sont relativement complexes et longues, on aura donc intérêt à n'appliquer ces traitements de correction que sur les zones d'images susceptibles d'être conservées, donc à procéder au traitement d'élimination des nuages avant tout autre traitement. - Dans la mesure où une seule des images fournit le plus grand nombre d'informations, de préférence, mais pas exclusivement, la dernière image en date, on raccourcira les temps de traitement des autres images en n'appliquant ces traitements que sur les zones correspondant aux zones éliminées de la première image. De proche en proche, lorsqu'on explore une nouvelle image, pour tenter de combler des zones non comblées d'une image composite réalisée à partir de plusieurs images précédentes, on n'appliquera bien entendu les traitements à la nouvelle image que sur les zones non comblées. REVENDICATIONS 1. Procédé de reconstitution d'images, caractérisé par les étapes suivantes: a) On réalise au moins deux images, par prise de vue à deux instants différents, d'une même scène du sol au moyen d'un instrument évoluant en altitude; b) an compare dans l'une des images au moins, dite première image, les informations relatives aux points image à une information de référence choisie pour être une information caractéristique d'un rayonnement réfléchi par des nuages; c) on élimine dans cette image les points image pour lesquels la comparaison est nan-satisfaite; d) on compare dans une autre image au moins, dite seconde image, les informations relatives aux points image, tout au moins aux points image de celle-ci qui correspondent à ceux qui ont été éliminés de la première image, à l'information de référence;; e) on remplace les points image éliminés de la première image par les points image correspondants de la seconde image pour lesquels la comparaison est satisfaite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'information utilieée- pour comparaison est la coefficient d'albedo qui est le rapport entre 11 énergie du rayonnement réfléchi par ladite scène suivant une loi lambertienne et l'énergie due au rayonnement solaire affecté des diffractions dues aux couches atmosphériques et que ladite comparaison consiste à' comparer ledit coefficient à une valeur-supérieure à un seuil prédeterminé. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on applique les étapes de comparaison b) et élimination c) sur l'image la plus récente et les étapes de comparaison d) et remplacement e) sur l'image la plus ancienne. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendiations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend la prise de vue d'une troisième image, et les étapes supplémentaires suivantes: f) on compare dans cette troisième image les informations relatives aux points image, tout au moins aux points image de celle-ci qui correspondent à ceux qui ont été éliminées de la première image et qui n'ont pas été remplacés au cours de l'étape e) à l'information de référence, puis g) on remplace les points image non remplacés de la première image par les points image correspondants de la troisième image pour lesquels la comparaison est satisfaite. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on répète les étapes f) et g) à l'aide d'une quatrième image, puis si nécessaire, d'une cinquième image, d'une sixième image, etc... jusqu'au remplacement complet des points image éliminés de la première image. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les première, seconde et troisième images, puis le cas échéant les quatrième, cinquième, sixième images, etc... sont classées dans l'ordre de la plus récente jusqu'à la plus ancienne. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les comparaisons des informations relatives aux points image à l'information de référence sont effectuées par échantillonnage. 8. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de restitution desdites images ainsi reconstituées en modifiant les paramètres de restitution de chaque point image selon l'ancienneté de l'image initiale dont il est issu. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué au moins partiellement avant des traitements classiques de correction d'image.