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De l’image optique "multi-stéréo" à la topographie très haute résolution et la cartographie automatique des failles par apprentissage profond / Lionel Matteo (2020)  

Public Titre : De l’image optique "multi-stéréo" à la topographie très haute résolution et la cartographie automatique des failles par apprentissage profond Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Lionel Matteo, Auteur Editeur : Nice : Université Côte d'Azur Année de publication : 2020 Importance : 170 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie Thèse en vue de l’obtention du grade de docteur de l'Université Côte d'Azur, en Sciences de la Terre et de l’Univers Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications photogrammétriques [Termes IGN] acquisition d'images [Termes IGN] analyse comparative [Termes IGN] apprentissage profond [Termes IGN] Arizona (Etats-Unis) [Termes IGN] Californie (Etats-Unis) [Termes IGN] classification par réseau neuronal convolutif [Termes IGN] données lidar [Termes IGN] données localisées 3D [Termes IGN] données topographiques [Termes IGN] faille géologique [Termes IGN] fusion de données multisource [Termes IGN] image captée par drone [Termes IGN] image multi sources [Termes IGN] image Pléiades-HR [Termes IGN] MicMac [Termes IGN] modèle de simulation [Termes IGN] modèle numérique de surface [Termes IGN] Nevada (Etats-Unis) [Termes IGN] reconstruction 3D [Termes IGN] semis de points [Termes IGN] stéréo-orthophotographie [Termes IGN] traitement de semis de points Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Les failles sismogéniques sont la source des séismes. L'étude de leurs propriétés nous informe donc sur les caractéristiques des forts séismes qu'elles peuvent produire. Les failles sont des objets 3D qui forment des réseaux complexes incluant une faille principale et une multitude de failles et fractures secondaires qui "découpent" la roche environnante à la faille principale. Mon objectif dans cette thèse a été de développer des approches pour aider à étudier cette fracturation secondaire intense. Pour identifier, cartographier et mesurer les fractures et les failles dans ces réseaux, j'ai adressé deux défis : -1) Les failles peuvent former des escarpements topographiques très pentus à la surface du sol, créant des "couloirs" ou des canyons étroits et profond où la topographie et donc, la trace des failles, peut être difficile à mesurer en utilisant des méthodologies standard (comme des acquisitions d'images satellites optiques stéréo et tri-stéréo). Pour répondre à ce défi, j'ai utilisé des acquisitions multi-stéréos avec différentes configurations (différents angles de roulis et tangage, différentes dates et modes d'acquisitions). Notre base de données constituée de 37 images Pléiades dans trois sites tectoniques différents dans l'Ouest américain (Valley of Fire, Nevada ; Granite Dells, Arizona ; Bishop Tuff, California) m'a permis de tester différentes configurations d'acquisitions pour calculer la topographie avec trois approches différentes. En utilisant la solution photogrammétrique open-source Micmac (IGN ; Rupnik et al., 2017), j'ai calculé la topographie sous la forme de Modèles Numériques de Surfaces (MNS) : (i) à partir de combinaisons de 2 à 17 images Pléiades, (ii) en fusionnant des MNS calculés individuellement à partir d'acquisitions stéréo et tri-stéréo, évitant alors l'utilisant d'acquisitions multi-dates et (iii) en fusionnant des nuages de points calculés à partir d'acquisitions tri-stéréos en suivant la méthodologie multi-vues développée par Rupnik et al. (2018). J’ai aussi combiné, dans une dernière approche (iv), des acquisitions tri-stéréos avec la méthodologie multi-vues stéréos du CNES/CMLA (CARS) développé par Michel et al. (2020), en combinant des acquisitions tri-stéréos. A partir de ces quatre approches, j'ai calculé plus de 200 MNS et mes résultats suggèrent que deux acquisitions tri-stéréos ou une acquisition stéréo combinée avec une acquisition tri-stéréo avec des angles de roulis opposés permettent de calculer les MNS avec la surface topographique la plus complète et précise. -2) Couramment, les failles sont cartographiées manuellement sur le terrain ou sur des images optiques et des données topographiques en identifiant les traces curvilinéaires qu'elles forment à la surface du sol. Néanmoins, la cartographie manuelle demande beaucoup de temps, ce qui limite notre capacité à produire cartographies et mesures complètes des réseaux de failles. Pour s'affranchir de ce problème, j'ai adopté une approche d'apprentissage profond, couramment appelé un réseau de neurones convolutifs (CNN) - U-Net, pour automatiser l'identification et la cartographie des fractures et des failles dans des images optiques et des données topographiques. Volontairement, le modèle CNN a été entraîné avec une quantité modérée de fractures et failles cartographiées manuellement à basse résolution et dans un seul type d'images optiques (photographies du sol avec des caméras classiques). A partir d'un grand nombre de tests, j'ai sélectionné le meilleur modèle, MRef et démontre sa capacité à prédire des fractures et des failles précisément dans données optiques et topographiques de différents types et différentes résolutions (photographies prises au sol, avec un drone et par satellite). Le modèle MRef montre de bonnes capacités de généralisations faisant alors de ce modèle un bon outil pour cartographie rapidement et précisément des fractures et des failles dans des images optiques et des données topographiques. Note de contenu : Introduction générale Partie 1 - Reconstruction 3D haute résolution 1. Introduction 1.1 Les données topographiques, une solution pour analyser la surface terrestre 1.2 Le récent développement de satellites à capteur optique 1.3 La reconstruction 3D à partir d’images optiques : la photogrammétrie 1.4 Problématique du sujet 2. Acquisitions de données et sites d’études 2.1 Acquisitions d’images satellitaires 2.2 Données LiDAR aéroportées 2.3 Acquisitions d’images par drone 2.4 Acquisitions d’images par appareil photo suspendu à une perche 2.5 Acquisitions de points d’appui 2.6 Sites d’études 3. Calcul de MNS et estimation de leur performance 3.1 Micmac (IGN) 3.2 CARS (CNES/CMLA) 3.3 Quatre méthodes pour calculer des MNS 3.4 Performances des MNS 4. Résultats 4.1 MNS calculés avec des acquisitions multi-dates 4.2 Fusion de MNS calculés avec des acquisitions mono-dates 4.3 Reconstruction 3D à partir de nuage de points fusionnés 4.4 Analyses des MNS générés avec CARS 4.5 Comparaison des méthodes B, C et D dans la zone de Canyons de Valley of Fire 65 4.6 Utilisation de 1 à 4 GCPs pour calculer un MNS 4.7 Application de la méthode B aux deux autres sites 5. Discussion 5.1 La reconstruction 3D à partir d’acquisitions multi-dates 5.2 L’impact des méthodes B, C et D dans la performance des MNS finaux 5.3 Les erreurs possibles dans le calcul des erreurs du géoréférencement des MNS 5.4 La comparaison des MNS Pléiades calculés à d’autres MNS 6. Conclusions Partie 2 - Automatic fault mapping in remote optical images and topographic data with deep learning - submitted to JGR: Solid Earth 7. Introduction 8. Image, topographic and fault data 8.1 Fault Sites 8.2 Optical image and topographic data 8.3 Fault ground truth derived from manual mapping 9. Deep learning methodology 9.1 Principles of Deep Learning and Convolutional Neural Networks 9.2 Architecture of the CNN model used in present study 9.3 Training procedure 9.4 Estimating the performance of the models 10. Defining a “reference model” MRef 10.1 Selecting the most appropriate CNN architecture 10.2 Sensitivity of model performance to training data size 10.3 Sensitivity of model performance to “quality” of training data 10.4 Refrence model 11. Detailed evaluation of reference model fault predictions 11.1 Results in sites A and B 11.2 Predictions in unseen data of similar type 11.3 Predictions in unseen data of different type 12. Discussion 12.1 U-net appropriate for fracture and fault detection in optical images 12.2 Interpreting learnt characteristics of faults and fractures 12.3 Conditions for model generalization 12.4 Uncertainties and model robustness 12.5 Recovering fault hierarchy and connectivity 13 Conclusions Conclusion générale Numéro de notice : 26555 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE/INFORMATIQUE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Sciences de la Terre et de l'Univers : Côte d'Azur : 2020 Organisme de stage : Géoazur UMR 7329 - Observatoire de la Côte d'Azur nature-HAL : Thèse Date de publication en ligne : 02/06/2021 En ligne : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03245713/document Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=97965

Landsats 1–5 multispectral scanner system sensors radiometric calibration update / Cibele Teixeira-Pinto in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, Vol 57 n° 10 (October 2019)  

Public [article]  inIEEE Transactions on geoscience and remote sensing > Vol 57 n° 10 (October 2019) . - pp 7378 - 7394 Titre : Landsats 1–5 multispectral scanner system sensors radiometric calibration update Type de document : Article/Communication Auteurs : Cibele Teixeira-Pinto, Auteur ; Obaidul Haque, Auteur ; Esad Micijevic, Auteur ; Dennis L. Helder, Auteur Année de publication : 2019 Article en page(s) : pp 7378 - 7394 Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Acquisition d'image(s) et de donnée(s) [Termes IGN] Arizona (Etats-Unis) [Termes IGN] Californie (Etats-Unis) [Termes IGN] coefficient d'étalonnage [Termes IGN] étalonnage croisé [Termes IGN] étalonnage de capteur (imagerie) [Termes IGN] étalonnage radiométrique [Termes IGN] image Landsat-MSS [Termes IGN] Mexique [Termes IGN] réflectance spectrale Numéro de notice : A2019-537 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1109/TGRS.2019.2913106 Date de publication en ligne : 17/05/2019 En ligne : http://doi.org/10.1109/TGRS.2019.2913106 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=94158 [article]

Estimating forest and woodland aboveground biomass using active and passive remote sensing / Zhuoting Wu in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 82 n° 4 (April 2016)  

Public [article]  inPhotogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS > vol 82 n° 4 (April 2016) . - pp 271 - 281 Titre : Estimating forest and woodland aboveground biomass using active and passive remote sensing Type de document : Article/Communication Auteurs : Zhuoting Wu, Auteur ; Dennis Dye, Auteur ; John Vogel, Auteur ; Barry Middleton, Auteur Année de publication : 2016 Article en page(s) : pp 271 - 281 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection [Termes IGN] Arizona (Etats-Unis) [Termes IGN] biomasse aérienne [Termes IGN] biomasse forestière [Termes IGN] capteur actif [Termes IGN] capteur passif [Termes IGN] données lidar [Termes IGN] écosystème forestier [Termes IGN] hauteur des arbres [Termes IGN] image Landsat-8 [Termes IGN] surface forestière Résumé : (auteur) Aboveground biomass was estimated from active and passive remote sensing sources, including airborne lidar and Landsat-8 satellites, in an eastern Arizona (USA) study area comprised of forest and woodland ecosystems. Compared to field measurements, airborne lidar enabled direct estimation of individual tree height with a slope of 0.98 (R2 = 0.98). At the plot-level, lidar-derived height and intensity metrics provided the most robust estimate for aboveground biomass, producing dominant species-based aboveground models with errors ranging from 4 to 14 Mg ha –1 across all woodland and forest species. Landsat-8 imagery produced dominant species-based aboveground biomass models with errors ranging from 10 to 28 Mg ha –1. Thus, airborne lidar allowed for estimates for fine-scale aboveground biomass mapping with low uncertainty, while Landsat-8 seems best suited for broader spatial scale products such as a national biomass essential climate variable (ECV) based on land cover types for the United States. Numéro de notice : A2016-179 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : FORET/IMAGERIE Nature : Article DOI : 10.14358/PERS.82.4.271 En ligne : http://dx.doi.org/10.14358/PERS.82.4.271 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=80521 [article]

Vegetation Burn Severity Mapping Using Landsat-8 and WorldView-2 / Zhuoting Wu in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 81 n° 2 (February 2015)  

Public [article]  inPhotogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS > vol 81 n° 2 (February 2015) . - pp 143 - 154 Titre : Vegetation Burn Severity Mapping Using Landsat-8 and WorldView-2 Type de document : Article/Communication Auteurs : Zhuoting Wu, Auteur ; Barry Middleton, Auteur ; Robert Hetzler, Auteur ; et al., Auteur Année de publication : 2015 Article en page(s) : pp 143 - 154 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection [Termes IGN] Arizona (Etats-Unis) [Termes IGN] canopée [Termes IGN] carte thématique [Termes IGN] dommage matériel [Termes IGN] données multitemporelles [Termes IGN] image Landsat-8 [Termes IGN] image Worldview [Termes IGN] incendie de forêt [Termes IGN] ressources forestières Résumé : (auteur) We used remotely sensed data from the Landsat-8 and WorldView-2 satellites to estimate vegetation burn severity of the Creek Fire on the San Carlos Apache Reservation, where wildfire occurrences affect the Tribe’s crucial livestock and logging industries. Accurate pre- and post-fire canopy maps at high (0.5-meter) resolution were created from WorldView-2 data to generate canopy loss maps, and multiple indices from pre- and post-fire Landsat-8 images were used to evaluate vegetation burn severity. Normalized difference vegetation index based vegetation burn severity map had the highest correlation coefficients with canopy loss map from WorldView-2. Two distinct approaches - canopy loss mapping from WorldView-2 and spectral index differencing from Landsat-8 - agreed well with the field-based burn severity estimates and are both effective for vegetation burn severity mapping. Canopy loss maps created with WorldView-2 imagery add to a short list of accurate vegetation burn severity mapping techniques that can help guide effective management of forest resources on the San Carlos Apache Reservation, and the broader fire-prone regions of the Southwest. Numéro de notice : A2015-968 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article DOI : 10.14358/PERS.81.2.143 En ligne : https://doi.org/10.14358/PERS.81.2.143 Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=80026 [article]

Génération de modèles numériques de surface et détection de changements 3D à partir d'imagerie satellite stéréoscopique très haute résolution / Cyrielle Guerin (2014)  

Public Titre : Génération de modèles numériques de surface et détection de changements 3D à partir d'imagerie satellite stéréoscopique très haute résolution Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Cyrielle Guerin, Auteur ; Marc Pierrot-Deseilligny , Directeur de thèse Editeur : Paris : Université de Paris 5 René Descartes Année de publication : 2014 Importance : 153 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie Thèse de doctorat de l'Université Paris Descartes, Spécialité : Informatique, école doctorale Informatique, Télécommunications et Electronique, 2014 Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications photogrammétriques [Termes IGN] chaîne de traitement [Termes IGN] couple stéréoscopique [Termes IGN] détection de changement [Termes IGN] étiquette [Termes IGN] image à très haute résolution [Termes IGN] image Ikonos [Termes IGN] image Worldview [Termes IGN] MNS lidar [Termes IGN] modèle numérique de surface [Termes IGN] Nouvelle-Zélande [Termes IGN] Phoenix [Termes IGN] programmation dynamique [Termes IGN] qualité des données [Termes IGN] spatiotriangulation [Termes IGN] Tohoku (Japon) [Termes IGN] zone urbaine Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) L’imagerie satellite permet aujourd’hui l’acquisition d’un nombre croissant de données dont l’augmentation des résolutions spatiale et temporelle permet de caractériser de plus en plus finement une scène et son évolution. Dans ce contexte, les méthodes de détection des changements apparus entre deux scènes sont particulièrement étudiées. Elles sont généralement basées sur les différences radiométriques entre les images. Cependant, ces méthodes s’avèrent souvent peu robustes à des changements radiométriques non pertinents tels que ceux induits par la variation des conditions d’acquisition des images. L’objectif de cette thèse est ainsi de développer une méthode alternative, basée sur la recherche des changements d’élévation de la scène. L’élévation représente en effet une information pertinente et adaptée, notamment dans un contexte de détection des changements de type urbain (construction, destruction ou modification d’infrastructures). Pour répondre à des besoins en analyse d’image qui nécessitent des résultats rapides et fiables, la méthode que nous proposons est une chaîne de traitements complète et automatique basée sur l’exploitation de couples d’image satellites stéréoscopiques très haute résolution permettant la génération et la comparaison de Modèles Numériques de Surface (MNS). Afin de limiter les fausses alarmes de changements dues aux erreurs liées à la génération des MNS, une étape clé de cette thèse a consisté à augmenter la précision des MNS, notamment à travers la prise en compte des zones d’occlusions et de mauvaise corrélation. La méthode de génération des MNS à ainsi été améliorée et une technique innovante de fusion des deux MNS provenant du même couple d’images a été développée. La comparaison des MNS générés avec un MNS LiDAR montre que notre approche permet une nette augmentation de la qualité des MNS, les erreurs de corrélation sont réduites tandis que les zones d’occlusion sont 5 précisément localisées. La méthode de détection des changements d’élévation est, quant à elle, basée sur une labellisation par optimisation des pixels du MNS différentiel calculé à partir des MNS produits à chaque date. Cette étape permet de mettre en évidence les vrais changements de la scène parmi le bruit résiduel des MNS. Les résultats obtenus sur différents sites testés montrent que plus de 80% des changements de taille supérieure à 15 pixels x 15 pixels (ou 100 m2 avec des images très haute résolution) sont détectés par notre méthode, avec moins de 20% d’erreurs. Nous montrons cependant que ces résultats dépendent principalement du paramètre de régularisation de la détection des changements, qui contrôle le taux de fausses alarmes par rapport au taux de bonnes détections du résultat. Note de contenu : Introduction 1 - Etudes bibliographiques et stratégie adoptée 2 - Outils et méthodes nécessaires à la chaîne de traitement 3 - Génération de Modèles Numériques de Surface sur une grille régulière à partir de couples stéréoscopiques 4 - Développement d’une méthode de détection des changements d’élévation 5 - Expérimentation et discussion des résultats de la méthode de détection des changements d’élévation Conclusion Numéro de notice : 21590 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de doctorat : Informatique : Paris 5 : 2014 nature-HAL : Thèse DOI : sans En ligne : http://www.theses.fr/2014PA05S003 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=90622

Estimating irrigated agricultural water use through Landsat TM and a simplified surface energy balance modeling in the semi-arid environments of Arizona / S. Kaplan in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 78 n° 8 (August 2012)  

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Synthesizing urban remote sensing through application, scale, data and case studies / E.A. Wentz in Geocarto international, vol 27 n° 5 (August 2012)  

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An ensemble approach to space-time interpolation / E. Wentz in International journal of geographical information science IJGIS, vol 24 n° 9 (september 2010)  

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Observations of urban and suburban environments with global satellite scatterometer data / Son V. Nghiem in ISPRS Journal of photogrammetry and remote sensing, vol 64 n° 4 (July - August 2009)  

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A comparison of urban mapping methods using high-resolution digital imagery / N. Thomas in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 69 n° 9 (September 2003)  

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Extracting high points from statistical surfaces: a case study using digital elevation model / E.A. Wentz in Cartography and Geographic Information Science, vol 28 n° 4 (October 2001)  

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Application of aerial photography and GIS techniques in the development of a historical perspective of environmental hazards at the rural-urban fringe / C. Mack in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 61 n° 8 (august 1995)  

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Ground and aircraft infrared observations over a partially-vegetated area / W.P. Kustas in International Journal of Remote Sensing IJRS, vol 11 n° 3 (March 1990)  

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Mapping surface energy balance components by combining Landsat Thematic Mapper and ground-based meteorological data / M.S. Moran in Remote sensing of environment, vol 30 n° 1 (01/10/1989)  

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Radiometric calibration of Landsat Thematic Mapper multispectral images / P.S. Chavez in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 55 n° 9 (september 1989)  

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