Brevet FR3050300A1 — publié le 20171020

Procédé et dispositif de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau La présente invention concerne un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau, comportant une étape d'analyse d'image numérique acquise par imagerie radar, et un dispositif associé. L'invention se situe dans le domaine de la télédétection. La télédétection par imagerie radar trouve de nombreuses applications, une des applications étant la détection de nappes de pollution, dues à la présence massive d'hydrocarbures, sur des surfaces maritimes. De manière connue, on utilise l'acquisition d'images par satellite ou de SLAR (Side Looking Airborne Radar) dédiée à ce type d'utilisation. En particulier, dans le domaine de la télédétection de zones de pollution maritime, il est connu d'utiliser des images obtenues par un capteur radar monté sur un satellite, par exemple en utilisant le mode de capture d'images dit SAR pour « synthetic aperture radar ». L'imagerie par satellite présente l'avantage de fournir des images de très haute résolution, dont la qualité est peu impactée par les conditions météorologiques locales. Cependant, l'acquisition d'images par satellite présente également des inconvénients, qui sont notamment la difficulté d'orienter l'acquisition d'images vers une zone spécifique, et la difficulté d'obtenir une pluralité d'images d'un même paysage analysé à de courts intervalles de temps, le temps de revisite d'un emplacement géographique par un satellite étant long. De plus, la distance entre le satellite et un paysage visé est très importante, de l'ordre de plusieurs centaines à plusieurs milliers de kilomètres, donc il est difficile de repérer une nappe de pollution due par exemple à un dégazage, de forme allongée et de taille relativement faible. Il est également à noter que dans les images obtenues par imagerie radar, un très faible contraste apparaît entre la surface de mer et les zones comportant des nappes d'hydrocarbures. Aussi, l'utilisation de RADAR utilisant un mode spécifique, appelé SLAR, permet de programmer le capteur en utilisant de grandes antennes latérales dédiées à la détection de zone de pollution programmées pour obtenir la meilleure acquisition possible des nappes de pollution par imagerie RADAR. La solution est efficace mais impose une configuration de l'aéronef et des modes RADAR très spécifiques. A l'heure actuelle, on ne connaît pas de méthode de détection automatique de zones de pollution par dégazage par imagerie RADAR obtenue à partir d'un aéronef non 3050300 2 dédié. Une solution consiste à faire analyser toutes les images acquises par un opérateur spécialisé afin de détecter la présence de zones de pollution de ce type. Pour un opérateur, l'analyse de centaines d'images est un travail long et fastidieux. 5 L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients de l'état de la technique précités, en proposant un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau, comportant une étape d'analyse 10 d'image numérique acquise par imagerie radar, l'image numérique acquise étant composée d'échantillons d'image, chaque échantillon ayant une valeur d'échantillon associée. Ce procédé comporte une étape d'acquisition d'image numérique d'une surface d'eau à analyser par un dispositif d'imagerie radar aéroporté, suivie d'étapes consistant à: 15 -déterminer un seuil de binarisation de l'image numérique acquise, et transformer l'image numérique acquise en image binaire, -appliquer un filtre à ladite image binaire, afin d'obtenir une image binaire filtrée, -appliquer un détecteur de points d'intérêt sur l'image binaire filtrée, -déterminer au moins une zone d'image à partir d'une pluralité de points d'intérêt 20 détectés, ladite zone d'image correspondant à une zone de pollution. Avantageusement, le procédé de l'invention comporte une acquisition d'image par un dispositif aéroporté et des traitements appliqués à l'image numérique acquise permettant de débruiter l'image acquise et de détecter automatiquement des zones d'image correspondant à des zones de pollution. 25 Avantageusement, le procédé de l'invention n'est pas dépendant des conditions météorologiques, et permet la détection de zones de pollution de faible taille. Avantageusement, le procédé de l'invention permet de traiter automatiquement des images numériques acquises avec un dispositif d'imagerie radar classique, non dédié au besoin de détection de pollution maritime. 30 Le procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou dans toutes leurs combinaisons techniquement acceptables. Il comporte en outre une étape d'affichage de la ou des zones d'images déterminées en superposition sur l'image numérique acquise. 35 3050300 3 Dans l'étape d'application d'un détecteur de points d'intérêt un détecteur de Harris est appliqué sur l'image binaire filtrée. Dans l'étape de filtrage, un filtre de déconvolution est appliqué sur chaque échantillon de l'image binaire, avec une taille de voisinage prédéterminée. 5 L'étape de détermination du seuil de binarisation comporte un calcul automatique dudit seuil de binarisation comprenant la détermination d'une valeur minimale non nulle parmi les valeurs d'échantillon de l'image numérique acquise, ledit seuil de binarisation étant supérieur à ladite valeur minimale. Le seuil de binarisation est égal à ladite valeur minimale augmentée d'une valeur 10 prédéterminée. La détermination de zone d'image à partir d'une pluralité de points d'intérêt détectés comprend une détermination, pour chaque point d'intérêt détecté, d'une fenêtre associée, et une fusion itérative des fenêtres présentant un chevauchement spatial. Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de détection automatique 15 de zones de pollution sur une surface d'eau, comportant un module d'analyse d'image numérique acquise par imagerie radar, l'image numérique acquise étant composée d'échantillons d'image, chaque échantillon ayant une valeur d'échantillon associée. Le dispositif comporte une unité de calcul et de traitement comportant un processeur et une ou plusieurs unités de mémoire aptes à stocker des données et des instructions de code 20 de programme, mettant en oeuvre un module d'acquisition d'image numérique d'une surface d'eau à analyser par un dispositif d'imagerie radar aéroporté, et : -un module de détermination de seuil de binarisation, adapté à déterminer un seuil de binarisation de l'image numérique acquise, et transformer l'image numérique acquise en image binaire, 25 -un module de filtrage adapté à appliquer un filtre à ladite image binaire, afin d'obtenir une image binaire filtrée, -un module de détection de points d'intérêts adapté à appliquer un détecteur de points d'intérêt sur l'image binaire filtrée, -un module de détermination de zones adapté à déterminer au moins une zone 30 d'image à partir d'une pluralité de points d'intérêt détectés, ladite zone d'image correspondant à une zone de pollution. Selon un autre aspect, l'invention concerne un support d'enregistrement d'informations, sur lequel sont mémorisées des instructions logicielles pour l'exécution d'un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau tel 35 que brièvement décrit ci-dessus, lorsque ces instructions sont exécutées par un dispositif programmable. 3050300 4 Selon un autre aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en oeuvre par un dispositif programmable, mettent en oeuvre un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau tel que brièvement décrit ci-dessus. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'acquisition d'images radar 10 aéroporté ; - la figure 2 est un schéma représentant les blocs fonctionnels d'un dispositif programmable apte à mettre en oeuvre l'invention ; - la figure 3 est un organigramme des principales étapes d'un procédé de détection automatique de zones de pollution selon l'invention ; 15 - la figure 4 illustre schématiquement sur une image d'exemple les étapes de la détection de points d'intérêt et de la détermination de zones associées. La figure 1 illustre schématiquement un cas de mise en application de l'invention. Un dispositif d'acquisition d'images 2, comportant un capteur d'images radar, est 20 embarqué sur un aéronef 4, tel qu'un drone ou un avion. En d'autres termes, le dispositif d'acquisition d'images 2 est aéroporté. L'aéronef 4 est apte à survoler une surface à analyser, par exemple une surface d'eau 6, par exemple mer ou océan, et le dispositif d'acquisition d'images 2 est apte à acquérir une ou plusieurs images numériques de portions 8 de la surface survolée, 25 permettant une analyse par traitement d'image de la surface survolée. De préférence, le dispositif d'acquisition d'images 2 est un dispositif d'imagerie radar à synthèse d'ouverture (ou SAR en abréviation anglo-saxonne), dont le fonctionnement est connu, et ne sera pas décrit en détail ici. En variante, d'autres techniques d'acquisition d'images radar, par exemple le radar 30 SLAR (Side Looking Airborne Radar), peuvent être appliquées. Chaque image numérique acquise I (non représentée) est composée d'une matrice d'échantillons, également appelés pixels, chaque pixel ayant une valeur numérique associée, codée sur N bits, et comprise entre 0 et 2N-1. L'ensemble des valeurs d'échantillons forme un signal à deux dimensions appelé également signal 35 d'image. 3050300 5 Lorsque N=1, il s'agit d'une image binaire, chaque échantillon pouvant prendre une valeur parmi deux valeurs possibles. Lorsque N>1, il s'agit d'une image en niveaux de gris. Les images numériques acquises par un dispositif d'imagerie radar sont des 5 images en niveaux de gris. L'invention propose un procédé d'analyse des images numériques acquises par le dispositif aéroporté d'acquisition d'images, les images acquises étant représentatives de la rétrodiffusion d'ondes électromagnétiques par la surface survolée. En particulier, il s'agit de détecter automatiquement des zones de pollution, par exemple dues au 10 dégazage de navires, ces zones de pollution étant composées de nappes d'hydrocarbures, la rétrodiffusion des ondes électromagnétiques émises par le dispositif d'imagerie radar étant différente pour ces zones de pollution de la rétrodiffusion par la surface de l'eau. Le procédé de l'invention fonctionne pour détecter tout type de zones de pollution, 15 présentes à la surface de l'eau et modifiant la rétrodiffusion des ondes électromagnétiques radar par rapport à la surface environnante. Il est à noter que la différence de rétrodiffusion se traduit par des différences faiblement perceptibles sur l'image numérique radar acquise. Avantageusement, l'utilisation de l'imagerie radar permet de s'affranchir des 20 conditions météorologiques, par exemple de la présence de nuages. De plus, l'acquisition d'images par un dispositif aéroporté permet d'avoir une pluralité d'images acquises, et, le cas échéant, de diriger l'aéronef vers une portion d'une surface maritime dans laquelle la présence d'une ou plusieurs zones de pollution est suspectée. 25 Néanmoins, la capture d'images par un dispositif d'imagerie aéroporté est bruitée, notamment par l'instabilité due à l'instabilité de la surface maritime mais surtout au phénomène de speckle (ou tavelure) qui donne cet aspect bruité aux images SAR et notamment sur surface maritime. Ce phénomène est dû à la cohérence de l'onde radar et à l'interférence des champs rétro-diffusés par les objets à l'intérieur de chaque cellule de 30 résolution. L'invention propose un procédé de traitement d'images permettant une détection automatique de zones de pollution à partir d'images acquises par un tel dispositif d'acquisition d'images aéroporté. Le procédé de l'invention est mis en oeuvre par un dispositif programmable, qui est 35 soit embarqué également à bord du porteur, soit distant du porteur. 3050300 6 La figure 2 illustre les principaux blocs d'un mode de réalisation d'un dispositif apte à mettre en oeuvre le procédé de détection automatique de zones de pollution selon l'invention. Un dispositif programmable 10 apte à mettre en oeuvre l'invention, typiquement un 5 ordinateur, comprend un écran 12, un moyen 14 de saisie des commandes d'un opérateur, par exemple un clavier, optionnellement un moyen supplémentaire de pointage 16, tel une souris, permettant de sélectionner des éléments graphiques affichés sur l'écran 12, une unité centrale de calcul et de traitement 18, ou CPU, comportant au moins un processeur, apte à exécuter des instructions de programme informatique lorsque le 10 dispositif 10 est mis sous tension. Le dispositif 10 comporte également une unité ou plusieurs unités de stockage d'informations 20, par exemple des registres, apte à stocker des données et des instructions de code exécutable permettant la mise en oeuvre de programmes comportant des instructions de code aptes à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. En 15 particulier, une image numérique acquise à analyser est stockée dans l'unité de stockage 20. Les divers blocs fonctionnels du dispositif 10 décrits ci-dessus sont connectés via un bus de communication 22. Dans un mode de réalisation, l'unité centrale de traitement est apte à mettre en 20 oeuvre un module 24 de détermination d'un seuil de binarisation de l'image numérique acquise, et de transformation de l'image numérique acquise en image binaire, un module 26 de filtrage apte appliquer à un filtre à ladite image binaire, afin d'obtenir une image binaire filtrée, un détecteur de points d'intérêt 28 et un module 30 de détermination d'une ou plusieurs zone(s) d'image à partir d'une pluralité de points d'intérêt détectés, chaque 25 zone d'image correspondant à une zone de pollution. Ces modules 24, 26, 28, 30 sont réalisés sous forme d'instructions de programme d'ordinateur, exécutables par un dispositif programmable. En alternative, ils sont réalisés par des composants logiques programmables, ou encore sous forme de circuits intégrés dédiés. 30 Des détails de mise en oeuvre des divers modules mis en oeuvre par un dispositif programmable apte à mettre en oeuvre l'invention sont donnés ci-après. La figure 3 est un organigramme des principales étapes d'un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau selon un mode de réalisation, mises en oeuvre par une unité centrale de traitement d'un dispositif programmable apte à 35 mettre en oeuvre l'invention. 3050300 7 Le procédé comporte une première étape 40 d'obtention d'une image numérique d'entrée, acquise par un dispositif d'imagerie radar. De préférence, il s'agit d'un dispositif d'imagerie radar aéroporté. Dans un mode de réalisation, une image numérique acquise est lue dans une 5 mémoire du dispositif programmable mettant en oeuvre d'invention ou à partir d'un support d'enregistrement d'informations. L'image numérique acquise I est formée d'une matrice d'échantillons d'image ou pixels ayant des valeurs numériques associées, comprises entre 0 à 2N-1, par exemple N= 8 à 12. Les faibles valeurs d'échantillon correspondent à des zones sombres et les 10 valeurs élevées à des zones claires. Chaque pixel a une position spatiale dans la matrice d'image, indiquée par des coordonnées spatiales (x,y) associées. Par exemple, les coordonnées spatiales d'un pixel dans l'image sont respectivement l'index de ligne x et l'index de colonne y dans la matrice d'image. L'étape 40 d'obtention d'une image numérique acquise est suivie d'une étape 42 15 de détermination d'un seuil S de binarisation de l'image numérique acquise I. Le seuil de binarisation S sera ensuite utilisé, lors de l'étape suivante de binarisation de l'image, pour transformer l'image acquise I en image binaire I* : les valeurs d'échantillon d'image inférieures ou égales à la valeur de seuil de binarisation S sont mises à une première valeur, par exemple 0, et les valeurs d'échantillon d'image 20 supérieurs à la valeur de seuil de binarisation S sont mise à une deuxième valeur, par exemple 1. On obtient ainsi une image binaire l*, qui est une image en noir et blanc, le noir correspondant à la première valeur et le blanc à la deuxième valeur des échantillons composant l'image binaire. 25 Le seuil de binarisation S est de préférence déterminé dynamiquement en fonction de l'image numérique acquise I. Dans un mode de réalisation, le seuil de binarisation S est déterminé automatiquement par calcul selon le procédé suivant. Dans une première sous-étape, on détermine la valeur minimale non nulle, notée 30 V,-,,,,,, parmi les échantillons de l'image numérique acquise I. Ensuite, dans une deuxième sous-étape, on calcule le seuil de binarisation : S=V',,n+A avec A une valeur prédéterminée, choisie en fonction de la valeur maximale de la dynamique de représentation des valeurs d'échantillon, par exemple A est inférieure ou 35 égale à un pourcentage prédéterminé de 2N-1. Par exemple, A=20 pour N=8. 3050300 8 Selon une variante on calcule un histogramme à partir des 2N-1 valeurs des pixels et on détermine deux maxima locaux dans cet histogramme, un premier maximum local M1 correspondant aux pixels de la nappe de pollution et un deuxième maximum local M2 correspondant aux pixels de la surface. Le premier maximum local M1 correspond à une 5 valeur de pixel V1 et le deuxième maximum local M2 correspond à une valeur de pixel V2. Dans le cas de nappes de pollution d'hydrocarbures, V1 REVENDICATIONS1.- Procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau, comportant une étape d'analyse d'image numérique acquise par imagerie radar, l'image numérique acquise étant composée d'échantillons d'image, chaque échantillon ayant une valeur d'échantillon associée, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'acquisition d'image numérique d'une surface d'eau à analyser par un dispositif d'imagerie radar aéroporté, suivie d'étapes consistant à : -déterminer (42) un seuil de binarisation de l'image numérique acquise, et transformer l'image numérique acquise en image binaire, -appliquer (44) un filtre à ladite image binaire, afin d'obtenir une image binaire filtrée, -appliquer (46) un détecteur de points d'intérêt sur l'image binaire filtrée, -déterminer (48) au moins une zone d'image à partir d'une pluralité de points d'intérêt détectés, ladite zone d'image correspondant à une zone de pollution. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'affichage (50) de la ou des zones d'images déterminées en superposition sur l'image numérique acquise. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans l'étape d'application (46) d'un détecteur de points d'intérêt un détecteur de Harris est appliqué sur l'image binaire filtrée. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans l'étape de filtrage (44), un filtre de déconvolution est appliqué sur chaque échantillon de l'image binaire, avec une taille de voisinage prédéterminée. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de détermination (42) du seuil de binarisation comporte un calcul automatique dudit seuil de binarisation comprenant la détermination d'une valeur minimale non nulle parmi les valeurs d'échantillon de l'image numérique acquise, ledit seuil de binarisation étant supérieur à ladite valeur minimale. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le seuil de binarisation est égal à ladite valeur minimale augmentée d'une valeur prédéterminée. 3050300 12 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la détermination (48) de zone d'image à partir d'une pluralité de points d'intérêt détectés comprend une détermination, pour chaque point d'intérêt détecté, d'une fenêtre associée, 5 et une fusion itérative des fenêtres présentant un chevauchement spatial. 8.- Programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en oeuvre par un dispositif programmable, mettent en oeuvre un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau conforme aux 10 revendications 1 à 7. 9.- Support d'enregistrement d'informations, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions logicielles pour l'exécution d'un procédé de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau conforme aux revendications 1 à 7, lorsque ces 15 instructions sont exécutées par un dispositif programmable. 10.- Dispositif de détection automatique de zones de pollution sur une surface d'eau, comportant un module d'analyse d'image numérique acquise par imagerie radar, l'image numérique acquise étant composée d'échantillons d'image, chaque échantillon 20 ayant une valeur d'échantillon associée, caractérisé en ce qu'il comporte une unité (18) de calcul et de traitement comportant un processeur et une ou plusieurs unités de mémoire (20) aptes à stocker des données et des instructions de code de programme, mettant en oeuvre un module d'acquisition d'image numérique d'une surface d'eau à analyser par un dispositif d'imagerie radar aéroporté, et : 25 -un module (24) de détermination de seuil de binarisation, adapté à déterminer un seuil de binarisation de l'image numérique acquise, et transformer l'image numérique acquise en image binaire, -un module (26) de filtrage adapté à appliquer un filtre à ladite image binaire, afin d'obtenir une image binaire filtrée, 30 -un module (28) de détection de points d'intérêts adapté à appliquer un détecteur de points d'intérêt sur l'image binaire filtrée, -un module (30) de détermination de zones adapté à déterminer au moins une zone d'image à partir d'une pluralité de points d'intérêt détectés, ladite zone d'image correspondant à une zone de pollution. 35