Centre de documentation
scientifique

Hyperspectral imagery and urban areas: results of the HYEP project / Christiane Weber in Revue Française de Photogrammétrie et de Télédétection, n° 224 (2022)  

Public [article]  inRevue Française de Photogrammétrie et de Télédétection > n° 224 (2022) . - pp 75 - 92 Titre : Hyperspectral imagery and urban areas: results of the HYEP project Type de document : Article/Communication Auteurs : Christiane Weber, Auteur ; Xavier Briottet , Auteur ; Thomas Houet, Auteur ; Sébastien Gadal, Auteur ; Rahim Aguejdad, Auteur ; Yannick Deville, Auteur ; Mauro Dalla Mura, Auteur ; Clément Mallet , Auteur ; Arnaud Le Bris , Auteur ; et al., Auteur Année de publication : 2022 Projets : HYEP / Weber, Christiane Article en page(s) : pp 75 - 92 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement d'image [Termes IGN] analyse comparative [Termes IGN] détection d'objet [Termes IGN] fusion d'images [Termes IGN] image hyperspectrale [Termes IGN] Lituanie [Termes IGN] milieu urbain [Termes IGN] panneau photovoltaïque [Termes IGN] surface imperméable [Termes IGN] Toulouse Résumé : (Auteur) The HYEP project (ANR HYEP 14-CE22-0016-01 Hyperspectral imagery for Environmental urban Planning - Mobility and Urban Systems Programme - 2014) confirmed the interest of a global approach to the urban environment by remote sensing and in particular by using hyperspectral imaging (HI). The interest of hyperspectral images lies in the range of information provided over wavelengths from 0.4 to 4 μm; they thus provide access to spectral quantities of interest and to chemical or biophysical parameters of the surface. HYEP's objective was to specify this and to propose a panel of methods and treatments taking into account the characteristics of other existing sensors in order to compare their performance. The developments carried out were applied and evaluated on hyperspectral airborne images acquired in Toulouse and Kaunas (Lithuania), also used to synthesize space systems: Sentinel-2, Hypxim/Biodiversity and Pleiades. Among the locks identified were those related to improving the spatial capabilities of the sensors and spatial scale changes, which were partially overcome by fusion and sharpening approaches, which proved to be successful. After a description of our hyperspectral data set acquired over Toulouse, an analysis is conducted on several existing and accessible spectral databases. Then, the chosen methods are presented. They include extraction, fusion and classification methods, which are then applied on our dataset synthetized at different spatial resolution to evaluate the benefits and the complementarity of hyperspectral imagery in comparison with other traditional sensors. Some specific applications are investigated of interest for urban planners: impervious soil map, vegetation species cartography and detection of solar panels. Finally, discussion and perspectives are presented. Numéro de notice : A2022-941 Affiliation des auteurs : UGE-LASTIG+Ext (2020- ) Autre URL associée : Hal Thématique : IMAGERIE/URBANISME Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueNat DOI : 10.52638/rfpt.2022.589 Date de publication en ligne : 22/12/2022 En ligne : https://dx.doi.org/10.52638/rfpt.2022.589 Format de la ressource électronique : URL Article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=102831 [article]

Fusion de données hyperspectrales et panchromatiques dans le domaine réflectif / Yohann Constans (2022)  

Public Titre : Fusion de données hyperspectrales et panchromatiques dans le domaine réflectif Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Yohann Constans, Auteur ; Xavier Briottet , Directeur de thèse ; Yannick Deville, Directeur de thèse Editeur : Toulouse : Université de Toulouse Année de publication : 2022 Importance : 302 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie Thèse en vue de l'obtention du Doctorat de l'Université de Toulouse, Spécialité Physique Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement d'image optique [Termes IGN] analyse combinatoire (maths) [Termes IGN] analyse de sensibilité [Termes IGN] fusion d'images [Termes IGN] hétérogénéité spatiale [Termes IGN] image hyperspectrale [Termes IGN] image panchromatique [Termes IGN] jeu de données [Termes IGN] optimisation (mathématiques) [Termes IGN] pansharpening (fusion d'images) [Termes IGN] pixel [Termes IGN] pouvoir de résolution géométrique [Termes IGN] qualité d'image [Termes IGN] reconstruction d'image [Termes IGN] réflexion (rayonnement) Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Les capteurs satellitaires ne pouvant acquérir des images d'observation de la Terre à hautes résolutions spatiale et spectrale, une solution consiste à combiner une image panchromatique (PAN) à haute résolution spatiale avec une image hyperspectrale (HS) à haute résolution spectrale, pour générer une nouvelle image hautement résolue spatialement et spectralement. Ce procédé de fusion, appelé pansharpening HS, présente toutefois certaines limitations, parmi lesquelles la gestion des pixels HS mixtes, particulièrement présents en milieu urbain. Cette thèse a pour objectif de développer et valider une nouvelle méthode de pansharpening HS dans le domaine réflectif [0,4 - 2,5 µm] optimisant la reconstruction des pixels mixtes. Pour ce faire, une méthode de la littérature appelée Spatially Organized Spectral Unmixing (SOSU) a été choisie comme point de départ. Elle est basée sur des étapes de prétraitement de démélange spectral et de réorganisation spatiale des pixels mixtes, et une étape de fusion appelée Gain. Afin d'évaluer les méthodes de fusion, des jeux de données simulés présentant plusieurs niveaux de complexité spatiale et acquis par différents instruments ont été construits à partir de données aéroportées existantes. D'autre part, un protocole robuste d'évaluation de performances a été proposé. Il est basé sur le protocole de Wald et l'application de critères de qualité à différentes échelles spatiales et sur différents domaines spectraux, et il est complété par un produit à valeur ajoutée (cartes d'occupation des sols par classification supervisée). Des améliorations ont été apportées à SOSU pour l'adapter progressivement à des scènes de complexité spatiale élevée. Une nouvelle approche de réorganisation spatiale par analyse combinatoire a été proposée pour le traitement des milieux agricoles à péri-urbains. Des améliorations supplémentaires ont été apportées pour le traitement des milieux urbains, en modélisant notamment l'analyse combinatoire comme un problème d'optimisation et ont conduit à la méthode Combinatorial OptimisatioN for 2D ORganisation (CONDOR). Les performances de cette méthode ont été évaluées et comparées à celles de méthodes de référence. Elles ont révélé des améliorations visuelles et numériques de la qualité de la reconstruction et ont montré que la limitation la plus importante provient de la non-représentation du domaine SWIR [1,0 - 2,5 µm] dans l'image PAN en entrée de la fusion. Un nouveau choix d'instrumentation, reposant sur l'utilisation d'une seconde voie PAN dans le domaine SWIR II [2,0 - 2,5 µm], a ainsi été introduit pour dépasser cette limitation. Les méthodes Gain-2P et CONDOR-2P, extensions des méthodes Gain et CONDOR prenant en compte cette seconde voie PAN, ont été développées. L'analyse des résultats a révélé l'apport conséquent de ces deux méthodes étendues (jusqu'à 60 % et 45 % d'amélioration par rapport à leurs versions initiales sur des données respectivement péri-urbaines et urbaines) ainsi que l'amélioration de la qualité de l'image fusionnée avec CONDOR-2P par rapport à Gain-2P (jusqu'à 9 % d'amélioration). Enfin, une étude de sensibilité a été menée afin d'évaluer la robustesse des méthodes proposées vis-à-vis des défauts et caractéristiques instrumentaux (rapport de résolutions spatiales, déregistration, bruit et fonction de transfert de modulation), en choisissant des configurations représentatives des instruments satellitaires existants. Malgré la sensibilité de l'ensemble des méthodes aux différents paramètres, les analyses ont montré que CONDOR-2P obtient quasi-systématiquement la meilleure qualité de reconstruction, et se révèle particulièrement robuste vis-à-vis de l'augmentation du rapport de résolutions spatiales (10 % d'amélioration par rapport à Gain-2P pour une valeur de 8 en milieu péri-urbain). Note de contenu : 1- Introduction 2- Etat de l'Art 3- Construction de jeux de données de complexité variable 4- Développement d'une procédure robuste d'évaluation de performances 5- Evolution de SOSU pour des scènes de complexité spatiale réduite : CASTOR 6- Evolutions de CASTOR pour des scènes urbaines : CONDOR 7- Prise en compte d'une seconde voie PAN dans le domaine spectral SWIR II 8- Etude de sensibilité 9- Conclusion et perspectives Numéro de notice : 24019 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Physique : Toulouse : 2022 Organisme de stage : ISAE-ONERA OLIMPES DOI : sans En ligne : https://www.theses.fr/2022ESAE0023 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=101791

Partial linear NMF-based unmixing methods for detection and area estimation of photovoltaic panels in urban hyperspectral remote sensing data / Moussa Sofiane Karoui in Remote sensing, vol 11 n° 18 (September 2019)  

Public [article]  inRemote sensing > vol 11 n° 18 (September 2019) . - n° 2164 Titre : Partial linear NMF-based unmixing methods for detection and area estimation of photovoltaic panels in urban hyperspectral remote sensing data Type de document : Article/Communication Auteurs : Moussa Sofiane Karoui, Auteur ; Fatima Zohra Benhalouche, Auteur ; Yannick Deville, Auteur ; Khelifa Djerriri, Auteur ; Xavier Briottet , Auteur ; Thomas Houet, Auteur ; Arnaud Le Bris , Auteur ; Christiane Weber, Auteur Année de publication : 2019 Projets : HYEP / Weber, Christiane Article en page(s) : n° 2164 Note générale : bibliographie This paper constitutes a substantial extension of: https://doi.org/10.1109/IGARSS.2018.8518204 Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement d'image optique [Termes IGN] analyse des mélanges spectraux [Termes IGN] détection d'objet [Termes IGN] factorisation de matrice non-négative [Termes IGN] image hyperspectrale [Termes IGN] panneau photovoltaïque [Termes IGN] zone urbaine Résumé : (auteur) High-spectral-resolution hyperspectral data are acquired by sensors that gather images from hundreds of narrow and contiguous bands of the electromagnetic spectrum. These data offer unique opportunities for characterization and precise land surface recognition in urban areas. So far, few studies have been conducted with these data to automatically detect and estimate areas of photovoltaic panels, which currently constitute an important part of renewable energy systems in urban areas of developed countries. In this paper, two hyperspectral-unmixing-based methods are proposed to detect and to estimate surfaces of photovoltaic panels. These approaches, related to linear spectral unmixing (LSU) techniques, are based on new nonnegative matrix factorization (NMF) algorithms that exploit known panel spectra, which makes them partial NMF methods. The first approach, called Grd-Part-NMF, is a gradient-based method, whereas the second one, called Multi-Part-NMF, uses multiplicative update rules. To evaluate the performance of these approaches, experiments are conducted on realistic synthetic and real airborne hyperspectral data acquired over an urban region. For the synthetic data, obtained results show that the proposed methods yield much better overall performance than NMF-unmixing-based methods from the literature. For the real data, the obtained detection and area estimation results are first confirmed by using very high-spatial-resolution ortho-images of the same regions. These results are also compared with those obtained by standard NMF-unmixing-based methods and by a one-class-classification-based approach. This comparison shows that the proposed approaches are superior to those considered from the literature. Numéro de notice : A2019-430 Affiliation des auteurs : LASTIG MATIS+Ext (2012-2019) Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.3390/rs11182164 Date de publication en ligne : 17/09/2019 En ligne : https://doi.org/10.3390/rs11182164 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=93739 [article]

Geographic Information Systems in Geospatial Intelligence, ch. 5. Spectral optimization of airborne multispectral camera for land cover classification: automatic feature selection and spectral band clustering / Arnaud Le Bris (2019)  

Public Titre de série : Geographic Information Systems in Geospatial Intelligence, ch. 5 Titre : Spectral optimization of airborne multispectral camera for land cover classification: automatic feature selection and spectral band clustering Type de document : Chapitre/Contribution Auteurs : Arnaud Le Bris , Auteur ; Nesrine Chehata , Auteur ; Xavier Briottet , Auteur ; Nicolas Paparoditis , Auteur Editeur : London [UK] : IntechOpen Année de publication : 2019 Projets : 1-Pas de projet / Weber, Christiane Importance : 4 p. Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement d'image optique [Termes IGN] bande spectrale [Termes IGN] carte d'occupation du sol [Termes IGN] classification multibande [Termes IGN] image hyperspectrale [Termes IGN] optimisation (mathématiques) Résumé : (auteur) Hyperspectral imagery consists of hundreds of contiguous spectral bands. However, most of them are redundant. Thus a subset of well-chosen bands is generally sufficient for a specific problem, enabling to design adapted superspectral sensors dedicated to specific land cover classification. Related both to feature selection and extraction, spectral optimization identifies the most relevant band subset for specific applications, involving a band subset relevance score as well as a method to optimize it. This study first focuses on the choice of such relevance score. Several criteria are compared through both quantitative and qualitative analyses. To have a fair comparison, all tested criteria are compared to classic hyperspectral data sets using the same optimization heuristics: an incremental one to assess the impact of the number of selected bands and a stochastic one to obtain several possible good band subsets and to derive band importance measures out of intermediate good band subsets. Last, a specific approach is proposed to cope with the optimization of bandwidth. It consists in building a hierarchy of groups of adjacent bands, according to a score to decide which adjacent bands must be merged, before band selection is performed at the different levels of this hierarchy. Numéro de notice : H2019-008 Affiliation des auteurs : LASTIG MATIS+Ext (2012-2019) Thématique : IMAGERIE Nature : Chapître / contribution nature-HAL : ChOuvrScient DOI : 10.5772/intechopen.88507 Date de publication en ligne : 20/12/2019 En ligne : http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.88507 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=95734

HYEP, HYperspectral imagery for Environmental urban Planning : principaux résultats / Christiane Weber (2019)  

Public Titre : HYEP, HYperspectral imagery for Environmental urban Planning : principaux résultats Type de document : Article/Communication Auteurs : Christiane Weber, Auteur ; Thomas Houet, Auteur ; Sébastien Gadal, Auteur ; Rahim Aguejdad, Auteur ; Grzegorz Skupinski, Auteur ; Yannick Deville, Auteur ; Jocelyn Chanussot, Auteur ; Mauro Dalla Mura, Auteur ; Xavier Briottet , Auteur ; Clément Mallet , Auteur ; Arnaud Le Bris , Auteur Editeur : Aix-en-Provence : Université d'Aix-Marseille Année de publication : 2019 Projets : HYEP / Weber, Christiane Conférence : SFPT 2019, 7ème colloque scientifique du Groupe Hyperspectral 09/07/2019 10/07/2019 Toulouse France programme sans actes Note générale : bibliographie Langues : Français (fre) Résumé : (auteur) L'imagerie hyperspectrale (IH) est à l’heure actuelle encore trop peu considérée, pourtant ses spécificités en font un auxiliaire de poids pour le suivi des éléments du milieu urbain. Le projet HYEP a pour objectif de proposer un panel de méthodes et de traitements appliqués à l’imagerie hyperspectrale tout en comparant à celles d’autres capteurs existants. Si l’IH est complémentaire aux capteurs actuels car plus riche spectralement, elle permet d'identifier et de caractériser autrement les éléments naturels ou anthropiques. Pour ce faire les méthodes d'extraction d'information doivent être adaptées, voire créées. Le volet méthodologique du projet est ancré à la fois dans la solidification des approches actuelles et le test de méthodes ou adaptées ou nouvelles. Nos résultats ont été présentés tout au long du projet à la communauté scientifique et aux collectivités territoriales. Un des intérêts des travaux a été la comparaison des résultats à différentes résolutions spatiales pour préciser le gain d’un tel capteur hyperspectral par rapport à ceux existants ou à venir. Données et Méthodes : Utilisation et adaptation de méthodes courantes en télédétection 1200. Les méthodes déployées ont été choisies parmi l’ensemble des méthodes existantes en les adaptant au type de signal, au nombre de bandes spectrales et aux caractéristiques du milieu. Ainsi les données étant issues de survol aérien les premiers développements ont été réalisés pour s’affranchir des effets de l’atmosphère (correction atmosphérique des images hyperspectrales– 3 méthodes testées) et une base de données de signatures morphospectrales pour divers éléments d'occupation du sol en ville (toits, routes, la végétation etc.) permettant de mieux cerner les valeurs spectrales des matériaux a été établie. Elle comprend des données de littérature, des mesures in situ et en laboratoire. Ses apports dans différents traitements declassification ont été testés. Des méthodes d’extraction, de fusion ou de classification ont été utilisées à différentes résolutions spatiales et spectrales afin de spécifier les gains par rapport à d’autres capteurs. Des méthodes de classifications et de démélange ont été adaptées. Des indices de forme facilitant la classification d’image en milieux urbain ont été testés et/ou développés. Résultats majeurs et faits marquant - 3 méthodes de correction atmosphériques développées et comparées en fonction de la résolution spatiale ; - Adaptation de méthodes de fusion (pan ou multi sharpening) et de démélange. - Transfert : Mise en place à Kaunas (Lituanie) du développement complet de l’approche. - Algorithmes Numéro de notice : C2019-043 Affiliation des auteurs : LASTIG MATIS+Ext (2012-2019) Nature : Communication nature-HAL : ComSansActesPubliés-Unpublished DOI : sans En ligne : https://hal.science/hal-02281003v1 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=95422

Innovative Methods and Products of the " Urbanization and Artificialization" Scientific Expertise Centre / Anne Puissant (2019)  

Permalink

Detection of individual trees in urban alignment from airborne data and contextual information: A marked point process approach / Josselin Aval in ISPRS Journal of photogrammetry and remote sensing, vol 146 (December 2018)  

Permalink

ICARE-VEG: A 3D physics-based atmospheric correction method for tree shadows in urban areas / Karine R.M. Adeline in ISPRS Journal of photogrammetry and remote sensing, vol 142 (August 2018)  

Permalink

ANR HYEP ANR 14-CE22-0016-01 Hyperspectral imagery for Environmental urban Planning, Hyep, Programme Mobilité et systèmes urbains 2014 / Christiane Weber (2018)    

Permalink

Detection and area estimation for photovoltaic panels in urban hyperspectral remote sensing data by an original NMF-based unmixing method / Moussa Sofiane Karoui (2018)  

Permalink

Hyperspectral imagery for environmental urban planning / Christiane Weber (2018)    

Permalink

Hierarchically exploring the width of spectral bands for urban material classification / Arnaud Le Bris (2017)  

Permalink

Télédétection pour l'observation des surfaces continentales, ch. 1. Application de l'optique aux milieux urbains / Xavier Briottet (2017)

Permalink

Spectral band selection for urban material classification using hyperspectral libraries / Arnaud Le Bris in ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol III-7 (July 2016)  

Permalink

Apport de l’imagerie hyperspectrale pour la planification urbaine / Christiane Weber (2016) 

Permalink