EFIDIR: Extraction et Fusion D’Informations pour la Mesure de Déplacements par Imagerie Radar

EFIDIR: Extraction et Fusion D’Informations pour la Mesure de Déplacements par Imagerie Radar

Emmanuel Trouvé Jean-Marie Nicolas  Laurent Ferro-Famil  Michel Gay  Virginie Pinel  Marie-Pierre Doin  Nicolas Méger  Cécile Lasserre  Gilles Mauris  Flavien Vernier  Renaud Fallourd  Yajing Yan  Olivier Harant  Romain Jolivet 

Laboratoire d’Informatique, Systèmes, Traitement de l’Information et de la Connaissance (LISTIC), Polytech Annecy-Chambéry, Université de Savoie, BP 80439 F-74944 Annecy-le-Vieux Cedex

Laboratoire de Traitement et Communication de l’Information (LTCI), Télécom ParisTech, 46 rue Barrault F-75013 Paris

Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes (IETR), Université de Rennes 1, Campus de Beaulieu, 263 avenue G. Leclerc, CS 74205 F-35042 Rennes Cedex

Grenoble Images Parole Signal et Automatique (GIPSA-Lab), INP Grenoble, 961 rue de la Houille Blanche F-38402 Saint Martin d’Hères

Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) – Université Joseph Fourier, Maison des Géosciences, BP53, F-38041 Grenoble Cedex 9 – Université de Savoie, Campus Scientifique F-73376 Le Bourget du Lac Cedex

Laboratoire de Géologie, Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond F-75231 Paris Cedex 05

Page: 
375-416
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DOI: 
https://doi.org/10.3166/TS.28.375-416
Received: 
N/A
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Accepted: 
N/A
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Published: 
30 June 2010
| Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

Spaceborne SAR (Synthetic Aperture Radar) imagery allows ground displacement to be measured with a precision as high as centimer or even millimeter by using series of images. This precision can be reached only by exploiting the mass of available radar data or the potential of recently launched satellites: high-resolution (metric) or polarimetric images. This article presents the main results obtained by the ANR project EFIDIR (Extraction and Fusion of Information for DIsplacement measurement from Radar imagery, 2008-2012) which gathers specialists of SAR images, information processing and geosciences. A ground based SAR (GBSAR) and specific processing methods were developed (radar tomography, oversampling of complex images...) to improve the characterization of electromagnetic scattering and SAR datapre-processing. The methods for extracting displacement information from the amplitude (texture tracking) or from the phase (multitemporal interferometry) have been expanded and tested on glacier large displacements or small interseismic deformations. An original data mining approach has also been developed for extracting frequent sequential patterns and successfully applied to the detection of patterns related to the ground deformation hidden by atmospheric artifacts. Finally a new approach to represent uncertainty by the possibility theory was introduced in the inversion step that can reconstruct 3D displacement fields (East, North, Up) or estimate the model parameters of geophysical phenomena at the origin of the observed surface displacements. These studies thus illustrate the major stages of processing chains from SAR data acquisition to geophysical modeling.

RÉSUMÉ

L’imagerie radar satellitaire permet de mesurer le déplacement du sol avec une précision centimétrique, voire millimétrique à l’aide de séries d’images SAR (Synthetic Aperture Radar). Ces précisions ne peuvent être atteintes qu’en exploitant la masse de données radar disponibles ou le potentiel de satellites lancés récemment : images haute résolution (métrique) ou polarimétriques. Cet article présente les principaux résultats obtenus par le projet ANR EFIDIR (Extraction et Fusion d’Informations pour la mesure de Déplacement en Imagerie Radar, 2008-2012) qui rassemble des spécialistes de l’imagerie radar, du traitement de l’information et des géosciences. Un radar imageur de terrain a été mis au point et des méthodes de traitement spécifiques ont été développées (tomographie radar, suréchantillonnage d’images complexes...) afin d’améliorer la caractérisation de la diffusion électromagnétique et les prétraitements des données SAR. Les méthodes d’extraction d’informations de déplacement à partir de l’amplitude (texture tracking) ou de la phase (interférométrie multitemporelle) ont été approfondies et testées sur les grands déplacements de glaciers, ou de faibles déformations intersismiques. Une approche originale de fouille de données a également été développée pour extraire les motifs séquentiels fréquents et appliquée avec succès à la détection de motifs liés à la déformation du sol noyés dans des artéfacts atmosphériques. Enfin une approche nouvelle de représentation des incertitudes par la théorie des possibilités a été introduite dans l’étape d’inversion qui permet de reconstruire des champs de déplacement 3D (Est, Nord, vertical) ou d’estimer les paramètres de modèles géophysiques des phénomènes à l’origine des déplacements observés en surface. Ces travaux illustrent ainsi les grandes étapes des chaînes de traitement permettant d’aller de la formation des données SAR à la modélisation géophysique.

Keywords: 

AR images, interferometry, polarimetry, data mining, geophysics.

MOTS-CLÉS

images SAR, interférométrie, polarimétrie, fouille de données, géophysique.

1. Introduction
2. Caractérisation des Milieux Diffusants
3. Suréchantillonnage de Données Complexes
4. Mesure de Grands Déplacements
5. Détection de Faibles Déformations
6. Fusion et Iinversion de Mesures de Déplacement
7. Conclusions et Perspectives
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