20101005Construction MNT Satellite L2

Mthodes dextraction de MNT partir de capteurs embarqus

Stroscopie (optique ou radar)

Lidar (laser)

Interfromtrie radar

Dfinitions de base dun MNT

Stroscopie (optique ou radar) Notion de parallaxes

Calcul de laltitude

Mise en oeuvre pratique

Mesure de dformations de surface

Lidar (laser)

Interfromtrie radar

Plan du cours

MNT/MNEModle Numrique de Terrain

MNSModle Numrique de Surface

MNT/MNE/MNS sont des fichiers altimtriques (ou bathymtriques)

construits sur des rseaux maills (carrs, triangulaires, hexagonaux)

Dfinition dun MNT

MNT du Col du Lautaret (Hautes-Alpes) partir de

la BD Alti de l'IGN (www.univ-bpclermont.fr)

Modlisation 3D Coupes topographiques Courbes de niveaux Comparaison de MNTs Analyse de la strucure des couverts forestiers Intgration dans des SIG

Quelques utilisations de MNT

systmes spatiaux rfrencs dans des systmes gocentriques (ellipsode WGS84)

altitude H: dfinie par rapport au gode (surface quipotentielle de la pesanteur

proche du niveau moyen des mers)

H = h - N

Rfrentiel godsique et altimtrique

h: hauteur / ellipsode

N: hauteur du gode / ellipsode

Pour un MNT donn, sassurer du rfrentiel godsique utilis (planimtrique) et de la rfrence altimtrique


Stroscopie (optique ou radar) Notion de parallaxes

Calcul de laltitude

Mise en oeuvre pratique

Mesure de dformations de surface

Lidar (laser)

Interfromtrie radar

Plan du cours

projections cniques (cylindro-cniques) en photographie arienne (satellitaire)

Plan focal

Objectif

Camra ou appareil photographique embarqu (satellite, avion, drone, cerf-volant)

axe optique

ligne de base

Principe de la stroscopie

Systme passif !

La parallaxe augmente avec laltitude

La parallaxe est perue entre 2 points homologues

dun couple stroscopique.

angle de convergence (parallactique)

Parallaxe: dplacement angulaire apparent d'un corps observ partir

de 2 points diffrents

Parallaxe fonction de laltitude

Percent Component Cloud Cover: 0

Stereo Position: Left

Nominal Collection Azimuth:

152.4481 degrees

Nominal Collection Elevation:

62.09367 degrees

Percent Component Cloud Cover: 0

Stereo Position: Right


74.7018 degrees


69.19491 degrees

Stereo Position: Left


152.4481 degrees


62.09367 degrees

Stereo Position: Right


74.7018 degrees

Nominal Collection

Elevation: 69.19491 degrees

Gomtrie dacquisition stroscopique de Geoeye-1

BH

= tg bg - tg bd

dz = resolution_image

B/H

prcision altimtrique du MNE

Quelques limitations:

relief (zones dombre) diffrence excessive des points de vue attitude du satellite

Typiquement: rsolution ~1m, H ~ 2000m et B ~ 1000m. Soit dz~2m

La distance est inversement proportionnelle la disparit (parallaxe)

La disparit est proportionnelle la ligne de base.

Calcul de H dans le cas dun mme plan image

Pb: Dans la pratique, comment se ramener une gomtrie aussi simple ?

Effets sur lacquisition de limage du

Roulis Roll(gauche/droite)

Lacet Yaw(axe vertical)

Tangage Pitch(avant/arrire)

Perturbations lies lattitude du satellite

parallaxe transversale cause par le tangage

parallaxe transversale cause par un changement daltitude

Parallaxe transversale

Ncessit de bien contrler le changement de gomtrie (lat,lon) image (l,c)

Il faut dterminer la transformation qui permet de passer des paramtres

dune camra aux paramtres de lautre camra.

2 transformations:

la projection perspective = relation point 3D / point image 2D

la transformation repre camra (mm) / repre image (pixel)

Paramtres intrinsques: distance focale, centre optique, distortion de limage.

Paramtres extrinsques: dfinissent la position de la camra dans lespace. Besoin de points damers (GCP).

Paramtres intrinsques et extrinsques

Une alternative: les quotients de polynmes (RPC)

ai li fn-i

bi li fn-i

0i n

lig(P) N1 (l,f)

D1 (l,f)==

ci li fn-i

di li fn-i

0i n

col(P) N2 (l,f)

D2 (l,f)==

LINE_OFF: +017178.00 pixels

SAMP_OFF: +016000.00 pixels

LAT_OFF: +43.94710000 degrees

LONG_OFF: +003.26600000 degrees

HEIGHT_OFF: +0800.000 meters

LINE_SCALE: +017178.00 pixels

SAMP_SCALE: +016000.00 pixels

LAT_SCALE: +00.08660000 degrees

LONG_SCALE: +000.12550000 degrees

HEIGHT_SCALE: +0281.000 meters

LINE_NUM_COEFF_1: +3.071454520449989E-06

LINE_NUM_COEFF_2: +1.147352173331154E+00

LINE_NUM_COEFF_3: -2.338594781148753E-01

LINE_NUM_COEFF_4: -1.104478184563668E-02

LINE_NUM_COEFF_5: +2.389817395903545E-02

LINE_NUM_COEFF_6: -1.609795732080215E-03

LINE_NUM_COEFF_7: +1.149392255127435E-04

LINE_NUM_COEFF_8: -9.371144909519262E-03

LINE_NUM_COEFF_9: -4.531957985338538E-03

LINE_NUM_COEFF_10: +1.679393495174796E-05

LINE_NUM_COEFF_11: +7.075633474571170E-05

LINE_NUM_COEFF_12: +7.042225678673701E-05

LINE_NUM_COEFF_13: +1.362306775954258E-04

LINE_NUM_COEFF_14: -2.805870315305009E-05

LINE_NUM_COEFF_15: +2.263932153455086E-05

LINE_NUM_COEFF_16: -3.032986457035530E-05

LINE_NUM_COEFF_17: +4.742287973743728E-06

LINE_NUM_COEFF_18: +8.190381601110566E-05

LINE_NUM_COEFF_19: -1.974314275091878E-05

LINE_NUM_COEFF_20: +2.615038693561332E-07

LINE_DEN_COEFF_1: +1.000000000000000E+00

LINE_DEN_COEFF_2: -8.277530516215969E-03

LINE_DEN_COEFF_3: +2.059361111136099E-02

LINE_DEN_COEFF_4: -1.946215223985081E-03

LINE_DEN_COEFF_5: +1.836408935014049E-05

LINE_DEN_COEFF_6: +7.595628726041123E-05

LINE_DEN_COEFF_7: +6.450825451885986E-05

LINE_DEN_COEFF_8: +7.494882348740590E-05

LINE_DEN_COEFF_9: +1.664400106659894E-04

LINE_DEN_COEFF_10: -2.305278629454795E-05

LINE_DEN_COEFF_11: +9.730872806784013E-08

LINE_DEN_COEFF_12: -1.294961089919477E-07

LINE_DEN_COEFF_13: -9.562146857831968E-08

LINE_DEN_COEFF_14: -6.079645410012691E-08

LINE_DEN_COEFF_15: +3.437857148379125E-07

LINE_DEN_COEFF_16: +4.615182559967475E-07

LINE_DEN_COEFF_17: -8.375542478491270E-08

LINE_DEN_COEFF_18: -7.463330051035140E-08

LINE_DEN_COEFF_19: +1.850595931644368E-08

LINE_DEN_COEFF_20: +1.982183054187120E-08

idem en COLONNES.

RPC coefficients

dune image Geoeye

Principe de la triangulation

1 point 3D est lintersection des 2 rayons issus des centres optiques.

Ncessit de bien calibrer les camras

Pb: mettre en correspondance les couples de points homologues !

5 points dans le mme plan: P, p, p', O et O'

les droites l et l' sont les droites pipolaires (conjugues)

les points e et e' sont respectivement les piples gauche et droit

e est en fait O' vu dans l'image gauche

e' est O vu dans l'image droite

P

p p'

O O'e e'

l l'

Plan image camra 1

Plan image camra 2

Gomtrie pipolaire

Etape de rectification

Reprojection des images sur un plan commun

parallle la ligne entre les centres optiques.

Ide : appliquer une transformation

aux deux images pour que leurs

droites pipolaires soient parallles et

alignes.

Intrt : la recherche du point

correspondant sur les droites

pipolaires est grandement simplifie.

Exemple de rectification

Il faut

des rgions textures

des points de vue assez semblables

Appariement bas sur la corrlation

A B

recherche de B t.q. corrlation(A,B) soit maximale

BH

= tg bg - tg bd

Calcul de H partir des disparits calcules

Altitude moyenne 822 km Dure dun cycle 26 jours +/- 27 taille pixel 10 m bande panchro [0.59 0.79 m] Fauche de 60 km

Capteur HRV (Haute Rsolution Visible) SPOT 1-4

imagerie push-broom

stroscopie instantane (90s) +/- 20 B/H ~ 0.8 taille pixel 10 m bande panchro [0.48 0.70 m] fauche de 120 km

Capteur HRS (Haute Rsolution Stroscopique) SPOT 5

Prcision des MNT:

suprieure 10 m en relatif

de 10 15 m en absolu

Panchromatic: 0.82 m

526 - 928 nm (Pan)

Ikonos

Autres capteurs civils trs haute rsolution

Ikonos, QuickBird, Cartosat, EROS, ALOS, ASTER,Geoeye

Rsolution horizontale du MNT ~2 m

Prcision verticale ~3 m

Calcul de disparits aprs simulation

des disparits des la topographie

QuickBird 60 cm de rsolution

Rsolution horizontale du MNT ~ 1 30 m

Prcision verticale ~ depend de B/H. De lordre de qqs m.

Limitations:

zones faible texture

couverture nuageuse

zones fort relief

besoin de GCP

Points forts:

faible cot

large couverture spatiale

Bilan Stroscopie



Lidar (laser)

Interfromtrie radar

Plan du cours

Light Detection and Ranging (Lidar)

Systme actif utilisant un faisceau Laser (lumire visible, UV et IR)

Laser:

faible dispersion spatiale

grande prcision temporelle

Exemple de mission:

rsolution au sol ~ 25 cm

largeur du scan ~2-3 km

longueur du scan ~ 30 km

Principe:

distance proportionnelle au dlai

aller/retour de limpulsion

Enregistrement des divers retours dimpulsion (temps et amplitude)

Prcision verticale de lordre de quelques cm !

image des premiers retours

image des derniers retours

...aprs filtrage de limage des derniers retours

Rsolution horizontale du MNT ~ qqs 10aines de cm

Prcision verticale ~ qqs cm

Limitations:

Le cot

(ex: mission bi-laser sur le cordon dunaire en Languedoc

30 km x 2-3 km, soit ~150 k)

Points forts:

la prcision verticale et la rsolution horizontale

la possibilit de saffranchir du sur-sol

bathymtrie peu profonde

Bilan Lidar



Lidar (laser)

Interfromtrie radar (InSAR) systme dacquisition

principe interfromtrique

calcul de laltitude

mesure de dformation de surface

Plan du cours

SeaSAT

ERS-1/2

JERS-1

RADARSAT-1

ENVISAT

ALOS

RADARSAT-2

TerraSAR-X

COSMO-SkyMed

Systme dacquisition radar (SAR)

Systme actif !

Topographie

= 2 ( terme orbital + h/ ha + deformation + bruit )

P

Interfromtrie radar (InSAR)

phase interfromtrique

Topographie

Avec une bonne estimation des orbites et pas de dformation,

la variation de phase entre 2 pixels vaut:

= 2 ( Dh/ha + bruit)

( / 2) . ha = Dh

l sin i Rha

2 B

avec

Altitude dambigut

InSAR et Topographie

= 2 ( terme orbital + h/ ha + deformation + bruit )

Ncessit dintroduire un point de calage altimtrique !

MNT SRTM Ea # 300 m

amplitude interfromtrique phase interfromtrique

j [0;2p]

Altitude (m)

SRTM

Contour 16m

Amplitude

Phase InSAR

Phase DInSAR

Ea # 16m

Interfrogramme differentiel Envisat ASAR

0 28mm

Augmentation de la

distance sol-satellite03/12/03-07/01/04 Ea=16m

MNT SRTM

Direction

de vise

Rsolution horizontale du MNT ~ 30 m

Prcision verticale ~ depend de B (de lordre de qqs m)

Limitations:

zones dombre

zones de repliement de phase pour les fortes pentes

difficult de droulement de la phase

Points forts:

systme tout temps

faible cot

large couverture spatiale

Bilan InSAR

20101005Construction MNT Satellite L2

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