Brevet FR2752062A1 — publié le 19980206

Procédé de codage de données SAR brutes avec réduction des données L'invention concerne un procédé de codage de données SAR brutes avec réduction des données. Pour un stockage et une transmission économiques de données SAR, il conviendrait de réduire leur taux de données relativement important au moyen d'un codage de sources. Des études effectuées sur les propriétés statistiques des données SAR ont démontré qu'un codage d'entropie sans perte des données brutes n'apporte presque pas de réduction de données [2] (J.C. Curlander et R.N. McDonough: Synthetic Aperture Radar. John Wiley & Sons, INC. 1991). En revanche, des procédés de codage affectés de pertes tels que la quantification vectorielle ont permis, conformément à [3] (J.M. Moureaux et al.: Vector quantization of raw SAR data. Dans: Proceedings of the International Conference on Acoustics, Speech & Signal Processing, vol. V, pp. 189-192, IEEE., 1994) d'obtenir un facteur de compression de l'ordre de 2 à 4. Il reste encore à vérifier jusqu'à quel point les pertes d'informations survenues conduisent à des perturbations perceptibles de l'image. Etant donné que certaines applications n'admettent pas des pertes 2 0 d'informations, des procédés de codage sans pertes revêtent un intérêt particulier. L'invention a donc pour objet d'indiquer un procédé de codage de données SAR brutes qui permet un codage sans pertes ou affecté de pertes, avec des pertes contrôlables pour une efficacité de codage comparativement accrue. 2 2752062 Ce but est atteint par le fait que le codage est effectué sur la base de données corrélées produites à partir des données SAR brutes au moyen d'une transformation (T) réversible. Le procédé selon l'invention utilise pour le codage, des données SAR brutes convenablement transformées. Pour obtenir une réduction autant que possible sans pertes du taux de données SAR brutes, on fait appel à une transformation réversible (désignée ci-après par T). La transformation a pour but de transformer les données SAR brutes presque non corrélées en données corrélées lesquelles peuvent ensuite être codées à l'aide de procédés de codage d'image bien connus en soi. Plus les données sont fortement corrélées, plus les procédés de codage d'image bien connus fonctionnent d'une manière encore plus efficace. Les données transformées corrélées correspondent approximativement à la distribution de réflexivité de la surface terrestre. Après le codage des données transformées, celles-ci sont mémorisées et respectivement transmises et décodées. A l'aide de la transformation inverse T'-, les données SAR brutes sont reconstruites sans pertes. Les données SAR brutes récupérées peuvent être transmises à un processeur SAR traditionnel pour le calcul de l'image. Utilisé dans un système SAR à bord d'un satellite, le procédé présenté 2 0 peut apporter une économie de capacité de canal pour la transmission ou, à bord d'un avion, de capacité de mémoire pour la mémorisation. L'invention est décrite plus en détail à l'aide d'exemples. La figure 1 représente l'ensemble du système pour le traitement de données SAR brutes selon l'invention; 2 5 la figure 2 représente le système de coordonnées SAR utilisé; la figure 3 représente différentes étapes de la transformation T; la figure 4 représente une réalisation concrète de la transformation T. La fig. 1 montre l'ensemble du système pour le traitement de données SAR brutes. Les données SAR brutes réelles reçues par l'antenne SAR sont tout 3 0 d'abord démodulées dans un récepteur HF (non représenté ici). Comme résultat de la démodulation, on obtient la formation de données SAR brutes complexes qui servent de signal d'entrée de la transformation T. L'application de la transformation T conduit à la formation de données corrélées qui sont ensuite codées dans un codeur à l'aide de 3 2752062 procédés de codage d'image bien connus en soi. Les données ainsi codées peuvent être transmises (par exemple d'un satellite vers la station au sol) ou stockées dans une mémoire (par exemple dans un système SAR embarqué à bord d'un avion). Pour la récupération des données SAR, les données sont décodées dans un décodeur et reconstruites sans pertes avec application de la transformation inverse T-'. La fig. 2 représente la géométrie SAR typique dans le cas d'un système SAR embarqué à bord d'un avion. L'antenne fixée sur l'avion se déplace à la vitesse de vol VA dans la direction x (azimut). La distance par rapport aux objets à la surface de la Terre est caractérisée par z (distance oblique). La plus courte distance entre le détecteur SAR et la surface de la Terre est désignée par zo. Les données SAR brutes complexes s(x, z, t) peuvent être décrites de la manière suivante: s(x, O, t) = I +jQ (1) avec I = 91e{s(x,O,t)} et Q = Zm{s(x,O,t)}, (2) o I (en-phase) et Q (quadrature) sont les composantes dites de quadrature du signal s(x,z,t), o t est le temps de propagation et z=0, le lieu de l'exploration dans le détecteur SAR. La transformation T est réalisée en deux étapes TR et TA, comme cela est indiqué dans la fig. 3. La réalisation technique des étapes de transformation TR et TA est illustrée dans la fig. 4. La première étape de la transformation T, la transformation de distance TR consiste essentiellement en une compression d'impulsions modifiée. Pour assurer la réversibilité, on utilise pour la transformation de distance TR un spectre d'impulsions modifié PM(CO). Le spectre d'impulsions modifié PM(co) diffère du spectre d'impulsions réel P(wo) en ce qu'à l'extérieur de la fréquence limite og du spectre d'impulsions réel, la valeur du spectre d'impulsions modifié est maintenue constante, conformément à IP(0)l pour I o I de l'impulsion utilisée dans le système SAR. 4 2752062 La phase du spectre d'impulsions modifié est égale à la phase du spectre d'impulsions réel J PM( 0) = La transformation de distance TR fournit le signal d(x,0,t). 1 0 TR {S(X,0,t)} = f S(x,0,o) P*M(oe)eiJtdoe = d(x,0,t). (5) 2ic J * signifie alors conjugué complexe. La fig. 4(a) montre la réalisation technique de l'équation (5). TR est réalisé d'après une transformation de Fourier unidimensionnelle dans la direction t, comme multiplication avec P*M(c0) dans la gamme des fréquences. La transformation de Fourier inverse fournit les données de transformation de distance d(x,O,t) recherchées. La transformation azimutale TA des données SAR brutes est dérivée d'une technique introduite dans [1] (C. Cafforio, C. Prati et F. Rocca: SAR data focusing using seismic migration techniques. IEEE Transactions on Aerospace and electronic Systems, vol. 27, pp. 194-206, Mars 1991) comme nouveau procédé de focalisation pour des données SAR. La transformation TA consiste en deux filtrages pour toutes les fréquences. Les filtrages pour toutes les fréquences sont effectués dans la gamme des fréquences. Pour cela, on a encore besoin de deux transformations de Fourier unidimensionnelles ainsi que d'une transformation de Fourier inverse bidimensionnelle, voir fig. 4(b). Après la transformation de Fourier des données de transformation range d(x,0,t) dans la direction x, d(x,0,t) o---x D(kX,0,t) (6) le premier filtre pour toutes les fréquences Hl fournit avec la fonction de transfert C k2x H1l(k, t) = exp ( j -, (7) 4 ko le signal D'(kx,0, t) = D(kx,0,t) * Hl(kx,t). (8) Après l'application d'une seconde transformation de Fourier dans la direction t au résultat D'(kx,0,t) suivant D'(kx,O,t) o ---, D(kx,O,(o), (9) le second filtre pour toutes les fréquence H2 fournit, avec la fonction de transfert Ct0 H2 (kx, kz) = exp [-j (- / k2. + (kzo + kz)2 - k20z, - kzZo)] r (10) le signal D'(kx,k., - to) = D'(k.,O,co) H2(k.,kx). (11) En ce qui concerne l'équation 10, il s'agit du résultat exact pour des angles bigles quelconques de l'antenne SAR. En particulier pour les simulations du procédé selon l'invention sur l'ordinateur, il convient d'effectuer les approximations suivantes dans le cas de petits angles bigles: zok2x zok2x zok2xKz H2 (kx, k) exp - () exp - ( -) ] (1) 2 (kzo + kz) 2kzo0 2k22o La transformation de Fourier inverse bidimensionnelle D'(kx,,kz,-to)-obkkZ d(x,z,-to) (13) fournit les données transformées et corrélées souhaitées. Elles correspondent sensiblement à la distribution de réflexivité de la surface terrestre à l'instant de la 3 0 réflexion -to. Pour la récupération des données brutes, on effectue tout d'abord une transformation inverse TA-. Etant donné que la valeur de Hl(kx,kz) et de H2(kx,t) dans les équations 8 et 10 est constante et égale à l'unité pour toutes les composantes de fréquence, la transformation inverse TA-I consiste en une multiplication des données transformées avec les mêmes termes exponentiels, seulement avec le signe inversé des exposants. La transformation inverse TR peut être écrite comme inversion de l'équation 5 sous la forme de 1 c0 D(x,0,(0) TR-1{d(x,0,t)} = - J ejot dco = s(x,0,t) (14) 27c J P*M( ) -00o La transformation T décrite assure un comportement numériquement stable des transformations TR, TA ainsi que de leurs inverses. Des mesures du rapport signal-bruit font ressortir le fait que la transformation permet une reconstruction exacte des données SAR brutes au cas o aucune quantification des données transformées n'est faite. A la suite de la transformation T, on procède à un codage des données transformées, avec réduction des données. Avec la réalisation de la transformation T réversible, on a mis à disposition un outil qui permet un codage efficace avec réduction des données. Un avantage importante de ce procédé consiste en ce que le codage peut désormais être effectué sur des données transformées corrélées. Les mesures de l'entropie des composantes réelle et imaginaire de d(x,z,t=-to) démontrent qu'il est possible, sans nmise à profit de la corrélation, de réaliser une réduction de données sans pertes avec le facteur de compression d'environ 2. A la place du codage d'entropie, il est désormais également possible de mettre en oeuvre d'autres procédés de codage d'image sans pertes qui exploitent, en supplément, la corrélation avec la réduction des données. A titre d'exemples, on peut citer ici 1. Codage à transformation telle que la transformation cosinus discrète (DCT) suivi du codage d'entropie des coefficients de transformation 2. Codage de la bande partielle suivie du codage d'entropie. 3. En admettant des procédés de codage d'image affectés de pertes, il est possible, à la place ou en combinaison avec les procédés cités ci- dessus, de recourir également à une quantification vectorielle. 7 2752062 Le système pour le codage de données SAR brutes suivant la fig. 4 peut être réalisé avec des processus de signal programmables intégrés. Pour la réalisation de la transformation T, les algorithmes décrits doivent être implémentés dans le logiciel. Pour le codage et le décodage consécutifs, il est possible de faire appel à des circuits intégrés pour le codage d'image disponibles dans le commerce. Ceux-ci devraient cependant être adaptés aux propriétés statistiques des données SAR brutes transformées. 8 2752062 Bibliographie [1] C. Cafforio, C. Prati et F. Rocca: SAR data focusing using seismic migration techniques. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 27, pp. 194-206, Mars 1991. [2] J.C. Curlander et R.N. McDonough: Synthetic Aperture Radar. John Wiley & Sons, INC. 1991. [3] J.M. Moureaux et al.: Vector quantization of raw SAR data. Dans Proceedings of the International Conference on Acoustics, Speech & Signal processing, vol. V, pp. 189-192. IEEE, 1994. REVENDICATIONS 1. - Procédé de codage de données SAR brutes, c a r a c t é r i s é e n c e que le codage est effectué sur la base de données corrélées produites à partir des données SAR brutes au moyen d'une transformation (T) réversible. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transformation (T) comprend une transformation de distance (TR) suivie d'une transformation azimutale (TA). 3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la transformation de distance (TR) comprend une compression d'impulsions modifiée suivant ()I pour I? (cW) pour { ca 1 - 4 2 o 4 kzo cto H2(kxkz = exp [ -j ( -4V k22 + (ko + k2) 2 - kozo - kazo)] 5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second filtrage pour toutes les fréquences présente altemrnativement la fonction de transfert suivante: zok2, zok2x zok2xkz H2(kx,kz); exp [-j () ] exp -j (- -) ] 2(k2o + kz) 2k,, 2k2ZO 6. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le codage effectué sur la base des données corrélées est un codage d'entropie. 7. - Procédé selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que le codage effectué sur la base des données corrélées est un codage à transformation suivi d'un codage d'entropie des coefficients de transformation. 8. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le codage effectué sur la base des données corrélées est un codage partiel suivi d'un codage d'entropie. 9. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 1 0 le codage effectué sur la base des données corrélées est affecté de pertes et comprend une quantification vectorielle.