Brevet FR3135329A1 — publié le 20231110

La présente divulgation concerne un procédé (50) de génération d’une image par un satellite (10), dans lequel des zones partielles sont traitées successivement et le traitement de chaque zone partielle comporte : une réception (S51) d’au moins deux images partielles élémentaires représentant la zone partielle en cours de traitement, acquises à des instants respectifs différents, une estimation (S52) de décalages entre des pixels desdites au moins deux images partielles élémentaires au moyen d’un filtre de Kalman dans lequel les décalages pour la zone partielle en cours de traitement sont estimés en fonction de décalages prédits à partir d’une zone partielle traitée précédemment, lesdits décalages prédits pour ladite zone partielle en cours de traitement étant mis à jour en fonction desdites au moins deux images partielles élémentaires, une fusion (S53) à bord du satellite desdites au moins deux images partielles élémentaires en fonction des décalages estimés. Figure 3 Procédé de génération d’image par un satellite par fusion à bord d’images acquises par ledit satellite La présente invention appartient au domaine de l’imagerie par des satellites en orbite terrestre, et concerne plus particulièrement un procédé de génération d’une image d’une zone géographique par un satellite, ainsi qu’un satellite pour la mise en œuvre d’un tel procédé de génération. Etat de la technique Les missions d’observation de la Terre effectuées par un satellite en orbite terrestre consistent à acquérir des images de parties de la surface de la Terre, c’est-à-dire effectuer des prises de vues de celle-ci. De manière conventionnelle, un tel satellite suit par exemple une orbite défilante (c’est-à-dire non-géostationnaire) autour de la Terre afin de réaliser des acquisitions lors de son survol de la surface de la Terre. A cet effet, il comporte un instrument d’observation associé à une résolution spatiale prédéterminée. La résolution spatiale correspond à la taille, par exemple en mètres, du plus petit objet qui peut être détecté dans une scène représentée par une image issue d’une acquisition effectuée par l’instrument d’observation. Plusieurs méthodes d’acquisition peuvent être employées. Parmi ces dernières, celles de type balayage sont souvent employées. Selon un exemple plus spécifique, un « balayage par bandes » (« pushbroom » dans la littérature anglo-saxonne) est notamment mis en œuvre. Généralement, dans un tel cas, l’instrument d’observation comporte au moins un capteur linéaire (ou barrette) agencé transversalement à une direction de défilement du satellite au sol, et le défilement du satellite permet d’acquérir des images lignes successives qui représentent des portions adjacentes de la surface terrestre. Toutefois, le défilement du satellite a un impact sur la capacité de l’instrument d’observation à effectuer des acquisitions nettes et précises. En particulier, lorsque l’on souhaite réaliser des acquisitions à haute résolution spatiale (par exemple inférieure à 1 mètre ou à 0.5 mètre), le temps de survol de la portion représentée par une image ligne acquise par le capteur linéaire devient trop faible de sorte que le temps d’intégration ne permet pas d’atteindre un rapport signal sur bruit (encore dit « SNR », acronyme de l’expression anglo-saxonne « signal to noise ratio ») satisfaisant. On peut utiliser alors un capteur linéaire dit à report temporel et intégration ou TDI (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Time Delay and Integration »). Typiquement, un tel capteur TDI comporte plusieurs étages de lignes de cellules d’acquisition qui effectuent un transfert de charges d’un ligne de cellules d’acquisition à une autre de manière synchronisée avec le défilement du satellite, chaque ligne de cellules d’acquisition ajoutant aux charges reçues de l’étage précédent la charge mesurée pour la portion observée. Un tel capteur TDI permet donc d’obtenir une image ligne bénéficiant d’un temps d’intégration plus important, proportionnel au nombre d’étages dudit capteur TDI. Toutefois, des erreurs de synchronisation entre le transfert de charges et le défilement du satellite (du fait d’erreurs sur la connaissance du défilement du satellite, de vibrations, etc.) entrainent une perte de contraste, c’est-à-dire une dégradation de la fonction de transfert de modulation (FTM). D’autres méthodes d’acquisition permettent de réaliser l’acquisition de plusieurs images d’une même zone géographique au cours d’un même survol de ladite zone géographique par le satellite. C’est le cas par exemple des techniques dites « pushframe » (voir par exemple le brevet US 8487996), ou encore des techniques dites à ralenti infini dans lesquelles l’empreinte au sol d’un champ de vision de l’instrument d’observation est immobilisée lors de l’acquisition, par des manœuvres d’attitude du satellite permettant de compenser le défilement du satellite (voir par exemple le brevet FR 3107953), qui s’appuient sur des capteurs matriciels plutôt que sur des capteurs linéaires. Dès lors une possibilité pour améliorer le SNR et/ou le contraste pourrait consister à réaliser un post-traitement au sol des images représentant une même zone géographique. Toutefois, de telles acquisitions génèrent en pratique un volume de données très important qui s’avère difficile à rapatrier au sol compte tenu des débits actuels sur les liaisons descendantes des satellites en orbite terrestre. La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant une solution qui permette d’améliorer à bord d’un satellite la qualité (en termes de SNR et/ou de FTM) des images acquises par un instrument d’observation de ce satellite. A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé un procédé de génération d’une image par un satellite en orbite terrestre, ledit satellite embarquant un instrument d’observation et un circuit de traitement, ladite image représentant une zone géographique et étant obtenue en regroupant des images partielles représentant des zones partielles différentes à l’intérieur de la zone géographique, dans lequel les zones partielles sont traitées successivement et ledit procédé comporte, pour le traitement de chaque zone partielle : une réception, par le circuit de traitement, d’au moins deux images partielles élémentaires acquises par l’instrument d’observation à des instants respectifs différents et représentant ladite zone partielle en cours de traitement, une estimation, par le circuit de traitement, de décalages entre des pixels desdites au moins deux images partielles élémentaires, une fusion, par le circuit de traitement, desdites au moins deux images partielles élémentaires en fonction des décalages estimés, de sorte à former l’image partielle de ladite zone partielle en cours de traitement, Avantageusement, les décalages sont estimés au moyen d’un filtre de Kalman réalisant une phase de prédiction et une phase de mise à jour, dans lequel les décalages pour la zone partielle en cours de traitement sont estimés en fonction de décalages prédits pour ladite zone partielle en cours de traitement à partir des décalages mis à jour pour la zone partielle traitée précédemment, lesdits décalages prédits pour ladite zone partielle en cours de traitement étant mis à jour par comparaison des au moins deux images partielles élémentaires représentant la zone partielle en cours de traitement. Ainsi, le procédé de génération d’image proposé repose sur l’acquisition de plusieurs images représentant une même zone géographique. Toutefois, ces images sont avantageusement fusionnées, pour obtenir une image de meilleure qualité, à bord du satellite de sorte qu’il n’est pas nécessaire de transmettre à une station sol, pour post-traitement, toutes les images acquises représentant la même zone géographique. Toutefois, les capacités d’un satellite en termes de puissance de calcul et de mémoire disponibles sont généralement limitées. Afin de permettre une telle fusion à bord du satellite, le traitement permettant d’aboutir à l’image finale de meilleure qualité est décomposé en plusieurs morceaux, en fusionnant successivement des images partielles élémentaires représentant des zones partielles dont la réunion permet d’obtenir une image représentant la zone géographique considérée. Les dimensions (en nombre de pixels) des images partielles élémentaires sont donc fortement réduites par rapport aux dimensions de l’image à générer, de sorte que la quantité de données à traiter simultanément lors de la fusion d’images partielles élémentaires représentant une même zone partielle est limitée, les différentes zones partielles étant traitées successivement, l’une après l’autre. Pour chaque zone partielle, l’instrument d’observation fournit au moins deux images partielles élémentaires, représentant la même zone partielle, acquises à des instants différents lors d’un même survol de ladite zone partielle par le satellite, pour des positions respectives différentes dudit satellite sur son orbite. De manière connue, des décalages peuvent être présents entre les pixels des deux images partielles élémentaires. En effet, du fait de différentes sources d’erreurs (méconnaissance de la ligne de visée de l’instrument d’observation, déformation géométrique d’une empreinte au sol d’un champ de vision de l’instrument d’observation du fait que la zone partielle est observée depuis deux positions différentes du satellite par rapport à ladite zone partielle, distorsion géométrique introduite par une optique de l’instrument d’observation, etc.), des pixels d’images partielles élémentaires différentes, qui devraient représenter une même portion de la zone partielle, peuvent en pratique représenter des portions respectives légèrement différentes de ladite zone partielle. L’écart entre ces portions respectives différentes se traduit par un décalage entre les pixels correspondants (en quantité pixels). Pour pouvoir fusionner correctement les images partielles élémentaires, ces décalages doivent être préalablement estimés et compensés pour fusionner des pixels représentant la même portion de la zone partielle. Toutefois, étant donné que les dimensions des images partielles élémentaires sont réduites (par rapport à celles de l’image finale à générer), le nombre de décalages à estimer et à compenser est également réduit. Ce nombre de décalages à estimer peut être davantage réduit, de manière optionnelle, en considérant des décalages entre groupes de pixels (« binning » dans la littérature anglo-saxonne). Etant donné que les deux images partielles élémentaires sont censées représenter la même zone partielle, la comparaison du contenu desdites images partielles élémentaires permet d’estimer les décalages entre ces pixels. Les images partielles élémentaires étant de dimensions réduites, elles peuvent être utilisées pour estimer les décalages entre leurs pixels avec une complexité de calcul limitée. En outre, il peut généralement être supposé qu’il existe une corrélation non nulle entre d’une part les décalages entre pixels d’images partielles élémentaires représentant une zone partielle et, d’autre part, les décalages entre pixels d’images partielles élémentaires représentant une zone partielle différente, par exemple adjacente de la précédente. Par conséquent, les décalages entre pixels estimés pour une zone partielle peuvent être utilisés pour estimer les décalages entre pixels pour la zone partielle suivante. Le principe de fonctionnement d’un filtre de Kalman, en ce qu’il repose sur une estimation itérative d’un vecteur d’état, selon laquelle le vecteur d’état pour l’itération en cours est d’abord prédit à partir du vecteur d’état mis à jour pour l’itération précédente, puis mis à jour pour tenir compte de mesures représentatives dudit vecteur d’état pour l’itération en cours, est donc particulièrement adapté à l’estimation des décalages entre pixels pour la fusion des images partielles élémentaires. En effet, en considérant que les itérations successives correspondent au traitement successif des différentes zones partielles et que le vecteur d’état correspond aux décalages entre pixels, alors la corrélation entre décalages de zones partielles successives permet d’effectuer une prédiction des décalages pour une zone partielle en cours de traitement à partir des décalages mis à jour pour la zone partielle traitée à l’itération précédente. En outre, la comparaison des images partielles élémentaires de la zone partielle en cours de traitement permet d’observer les décalages entre pixels pour la zone partielle en cours de traitement, et permet donc de mettre à jour les décalages prédits pour ladite zone partielle en cours de traitement. Les images partielles élémentaires peuvent alors être fusionnées à bord du satellite en fonction des décalages estimés pour la zone partielle en cours de traitement (soit les décalages prédits soit les décalages mis à jour). Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé de génération peut comporter en outre, de manière optionnelle, l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la comparaison desdites au moins deux images partielles élémentaires comporte un recalage entre elles desdites au moins deux images partielles élémentaires en fonction des décalages prédits pour la zone partielle en cours de traitement. Un tel recalage vise à compenser les décalages entre images partielles élémentaires pour obtenir des images partielles élémentaires recalées dont les pixels représentent sensiblement les mêmes portions de la zone partielle. Le recalage comporte par exemple un rééchantillonnage d’au moins une desdites images partielles élémentaires en fonction des décalages prédits. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la mise à jour par le filtre de Kalman des décalages prédits met en œuvre un algorithme de calcul de flot optique appliqué auxdites au moins deux images partielles élémentaires recalées en fonction des décalages prédits. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le filtre de Kalman estime des décalages entre groupes de pixels. De telles dispositions permettent de réduire les besoins en termes de capacité de calcul et de mémoire. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, les décalages estimés consistent en un vecteur de décalages entre lignes et un vecteur de décalages entre colonnes. De telles dispositions permettent de réduire les besoins en termes de capacité de calcul et de mémoire. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la mise à jour par le filtre de Kalman des décalages prédits met en œuvre des gains de Kalman constants pour le traitement de toutes les zones partielles. De telles dispositions permettent de réduire les besoins en termes de capacité de calcul et de mémoire. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la mise à jour par le filtre de Kalman des décalages prédits met en œuvre des gains variables. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le filtre de Kalman est dépourvu d’entrée de commande. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le filtre de Kalman comporte une entrée de commande pour la prise en compte d’informations externes dont dépendent les décalages à estimer. De telles dispositions sont avantageuses, notamment, lorsque l’écart temporel entre les instants d’acquisition respectifs des au moins deux images partielles élémentaires est relativement important. Dans un tel cas, certaines sources de décalages (par exemple les effets de projection) produisent des effets au moins en partie déterministes qui peuvent être estimés a priori et injectés dans le filtre de Kalman via l’entrée de commande. Il est également possible d’injecter dans le filtre de Kalman, via l’entrée de commande, des informations externes représentatives du bougé du satellite entre ces instants d’acquisition, par exemple obtenues via des mesures exogènes effectuées par des gyromètres du satellite. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la fusion des au moins deux images partielles élémentaires d’une zone partielle comporte un recalage desdites au moins deux images partielles élémentaires en fonction des décalages estimés, et une combinaison desdites au moins deux images partielles élémentaires recalées. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le recalage desdites au moins deux images partielles élémentaires comporte un rééchantillonnage d’au moins une desdites images partielles élémentaires en fonction des décalages estimés. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, les décalages estimés utilisés pour recaler et combiner lesdites au moins deux images partielles élémentaires, lors de la fusion, correspondent aux décalages prédits pour la zone partielle en cours de traitement. De telles dispositions permettent de réduire la quantité de recalages à effectuer pour la zone partielle en cours de traitement, et donc permettent de réduire les besoins en termes de capacité de calcul et de mémoire. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la combinaison des au moins deux images partielles élémentaires recalées correspond à une somme pixel à pixel desdites au moins deux images partielles élémentaires recalées et/ou à une différence pixel à pixel entre lesdites au moins deux images partielles élémentaires recalées. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé de génération comporte une compression / décompression des images partielles élémentaires après leur acquisition par l’instrument d’observation et avant leur traitement par le circuit de traitement. De telles dispositions permettent de réduire les besoins en termes de débit de transfert de données et de mémoire à bord du satellite. Selon un deuxième aspect, il est proposé un produit programme d’ordinateur comportant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par un circuit de traitement d’un satellite comportant en outre un instrument d’observation, configurent ledit circuit de traitement pour mettre en œuvre un procédé de génération d’image selon l’un quelconque des modes de mise en œuvre de la présente invention. Selon un troisième aspect, il est proposé un satellite destiné à être placé en orbite terrestre, comportant un instrument d’observation et un circuit de traitement, ledit circuit de traitement étant configuré pour mettre en œuvre un procédé de génération d’image selon l’un quelconque des modes de mise en œuvre de la présente invention. Dans des modes particuliers de réalisation, le satellite peut comporter en outre, de manière optionnelle, l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de réalisation, l’instrument d’observation comporte au moins deux capteurs linéaires, chacun des au moins deux capteurs linéaires étant agencé transversalement à une direction de défilement dudit satellite et étant adapté à produire une ligne de pixels, chaque image partielle élémentaire étant une image ligne correspondant à une ou plusieurs lignes de pixels acquises successivement par l’un des au moins deux capteurs linéaires. Dans des modes particuliers de réalisation, chacun des au moins deux capteurs linéaires est un capteur à report temporel et intégration. Dans des modes particuliers de réalisation, l’instrument d’observation comporte au moins un capteur matriciel comportant une pluralité de cellules d’acquisition agencées selon une pluralité de lignes et une pluralité de colonnes, lesdites lignes de cellules d’acquisition s’étendant transversalement à une direction de défilement dudit satellite, chaque cellule d’acquisition étant adaptée à produire un pixel de sorte que ledit au moins un capteur matriciel est adapté à produire une image matricielle comportant une pluralité de lignes de pixels et une pluralité de colonnes de pixels, chaque image partielle élémentaire étant une image ligne correspondant à une ou plusieurs lignes de pixels adjacentes d’une même image matricielle. Ainsi, la solution proposée, qui repose sur la fusion de plusieurs images à bord du satellite, est applicable à différentes configurations pour l’instrument d’observation et à différents modes d’acquisition. Dans le cas d’un mode d’acquisition de type « pushbroom », les lignes de pixels acquises successivement peuvent être traitées à la volée, avant d’avoir acquis des images partielles élémentaires pour toutes les zones partielles, au fur et à mesure que des lignes de pixels sont reçues des différents capteurs linéaires. Dans le cas d’un mode d’acquisition utilisant un capteur matriciel, les images partielles élémentaires correspondent à des sous-images extraites successivement à partir des images acquises par le capteur matriciel. Présentation des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent : : une représentation schématique d’un satellite en orbite autour de la Terre, : des représentations schématiques d’exemples de capteurs d’un instrument d’observation du satellite, : un diagramme illustrant les principales étapes d’un exemple de mise en œuvre d’un procédé d’acquisition, : un diagramme illustrant les principales étapes d’un exemple de mise en œuvre de l’estimation de décalages entre images partielles élémentaires. Dans ces figures, des références identiques d’une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire. En outre, l’ordre des étapes indiqué sur ces figures est donné uniquement à titre d’exemple non limitatif de la présente divulgation qui peut être appliquée avec les mêmes étapes exécutées dans un ordre différent. Procédé (50) de génération d’une image par un satellite (10) en orbite terrestre, ledit satellite embarquant un instrument d’observation (20) et un circuit de traitement, ladite image représentant une zone géographique et étant obtenue en regroupant des images partielles représentant des zones partielles différentes à l’intérieur de la zone géographique, dans lequel les zones partielles sont traitées successivement et ledit procédé comporte, pour le traitement de chaque zone partielle : une réception (S51), par le circuit de traitement, d’au moins deux images partielles élémentaires acquises par l’instrument d’observation à des instants respectifs différents et représentant ladite zone partielle en cours de traitement, une estimation (S52), par le circuit de traitement, de décalages entre des pixels desdites au moins deux images partielles élémentaires, une fusion (S53), par le circuit de traitement, desdites au moins deux images partielles élémentaires en fonction des décalages estimés, de sorte à former l’image partielle de ladite zone partielle en cours de traitement, et en ce que les décalages sont estimés au moyen d’un filtre de Kalman réalisant une phase de prédiction et une phase de mise à jour, dans lequel les décalages pour la zone partielle en cours de traitement sont estimés en fonction de décalages prédits pour ladite zone partielle en cours de traitement à partir des décalages mis à jour pour une zone partielle traitée précédemment, lesdits décalages prédits pour ladite zone partielle en cours de traitement étant mis à jour par comparaison des au moins deux images partielles élémentaires représentant ladite zone partielle en cours de traitement. Procédé (50) de génération selon la revendication 1, dans lequel la comparaison desdites au moins deux images partielles élémentaires comporte un recalage entre elles desdites au moins deux images partielles élémentaires en fonction des décalages prédits pour la zone partielle en cours de traitement. Procédé (50) de génération selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mise à jour par le filtre de Kalman des décalages prédits met en œuvre des gains constants pour le traitement de toutes les zones partielles. Procédé (50) de génération selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre de Kalman est dépourvu d’entrée de commande. Procédé (50) de génération selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre de Kalman comporte une entrée de commande pour la prise en compte d’informations externes dont dépendent les décalages à estimer. Procédé (50) de génération selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fusion des au moins deux images partielles élémentaires d’une zone partielle comporte un recalage entre elles desdites au moins deux images partielles élémentaires en fonction des décalages estimés, et une combinaison desdites au moins deux images partielles élémentaires recalées. Procédé (50) de génération selon la revendication 6, dans lequel le recalage desdites au moins deux images partielles élémentaires comporte un rééchantillonnage d’au moins une desdites images partielles élémentaires en fonction des décalages estimés. Procédé (50) selon l’une quelconque des revendications 6 à 7, dans lequel les décalages estimés utilisés pour recaler et combiner lesdites au moins deux images partielles élémentaires correspondent aux décalages prédits pour la zone partielle en cours de traitement. Procédé (50) de génération selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la combinaison des au moins deux images partielles élémentaires recalées correspond à une somme pixel à pixel desdites au moins deux images partielles élémentaires recalées et/ou à une différence pixel à pixel entre lesdites au moins deux images partielles élémentaires recalées. Procédé (50) de génération selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une compression / décompression des images partielles élémentaires après leur acquisition par l’instrument d’observation et avant leur traitement par le circuit de traitement. Produit programme d’ordinateur comportant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par un circuit de traitement d’un satellite comportant en outre un instrument d’observation, configurent ledit circuit de traitement pour mettre en œuvre un procédé (50) de génération d’image selon l’une quelconque des revendications précédentes. Satellite (10) destiné à être placé en orbite terrestre, comportant un instrument d’observation et un circuit de traitement, ledit circuit de traitement étant configuré pour mettre en œuvre un procédé (50) de génération d’image selon l’une quelconque des revendications 1 à 10. Satellite (10) selon la revendication 12, dans lequel l’instrument d’observation comporte au moins deux capteurs linéaires (22), chacun des au moins deux capteurs linéaires étant agencé transversalement à une direction de défilement dudit satellite et étant adapté à produire une ligne de pixels, chaque image partielle élémentaire étant une image ligne correspondant à une ou plusieurs lignes de pixels acquises successivement par l’un des au moins deux capteurs linéaires. Satellite (10) selon la revendication 13, dans lequel chacun des au moins deux capteurs linéaires est un capteur à report temporel et intégration. Satellite (10) selon la revendication 12, dans lequel l’instrument d’observation comporte au moins un capteur matriciel (23) comportant une pluralité de cellules d’acquisition agencées selon une pluralité de lignes et une pluralité de colonnes, lesdites lignes de cellules d’acquisition s’étendant transversalement à une direction de défilement dudit satellite, chaque cellule d’acquisition étant adaptée à produire un pixel de sorte que ledit au moins un capteur matriciel est adapté à produire une image matricielle comportant une pluralité de lignes de pixels et une pluralité de colonnes de pixels, chaque image partielle élémentaire étant une image ligne correspondant à une ou plusieurs lignes de pixels adjacentes d’une même image matricielle.