Irregular sampling restoration, theory and applications to satellite images and signals

• Auteur / Autrice : Julien Caron
• Direction : Sylvain Durand, Andrés Almansa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Amiens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reconstruction d'image

Spectroscopie -- Déconvolution

Traitement d'images -- Techniques numériques

Traitement du signal -- Techniques numériques

Imagerie satellitaire

Résumé

Les performances des satellites progressent rapidement grâce au développement des technologies mais aussi grâce à la compréhension et l'intégration des phénomènes physiques complexes intervenant lors de l'acquisition. Cette thèse traite de plusieurs problèmes d'échantillonnage irrégulier dont les micro-vibrations des satellites dits push-broom dont les capacités en imagerie permettent la détermination de modèles d'élévation très précis. Nous traitons aussi de l'inversion d'interférogrammes en spectrogrammétrie où l'irrégularité de l'échantillonnage est liée à la précision d'usinage des composants réfléchissants. Les micro-vibrations dans le cas du tangage sont estimées à partir d'une carte de disparités altérée et non-dense par contraintes de parcimonie. Nous montrons expérimentalement que ce modèle et les algorithmes utilisés permettent de résoudre ce problème mal posé. L'ajout d'un apriori sur la régularité de l'élévation améliore encore cette estimation dans les cas les plus difficiles. Les images acquises en présence de micro-vibrations nécessitent de plus un rééchantillonnage et une déconvolution avec une problématique de coût numérique. L'algorithme que nous présentons ici répond à ces besoins grâce au cadre fonctionnel des splines que nous adaptons au problème de la déconvolution, avec des performances équivalentes à l'état de l'art et un coût numérique maîtrisé. Enfin nous abordons un problème inverse en interférométrie statique où la nature des signaux et de l'échantillonnage soulève de nombreuses questions, ce travail réalisé lors d'une R&T sur l'instrument SIFTI développé au CNES y apporte des réponses claires sous forme de résultats théoriques et numériques.

Performances of remote-sensing satellites have been increasing fast thanks to developing technologies but also the better understanding and integration of complex physical phenomena occurring during the acquisition. This thesis report adresses several irregular sampling problems including the microvibrations of push-broom satellites whose imaging capabilities allow for the computation of very accurate numerical elevation models. We also adress the inversion of interferograms in spectrogrametry where the sampling irregularity is caused by imperfectly machined reflecting components. Microvibrations in the single pitch case are estimated from a perturbed, non-dense disparity map under sparsity constraints. Experiments show that this modeling and the developed algorithms can solve this ill-posed problem. Furthermore, an additional regularity hypothesis on the elevation improves this estimation for more difficult cases. Images suffering from micro-vibrations during acquisition necessitate a sampling correction together with deblurring and fast restoration. The algorithm we present here fulfills these requirements thanks an adaptation of the splines setting to the deblurring case, it is faster than state-of-the-art algorithms with equivalent performances. Finally, we adress the interferogram inversion problem in which the signals and sampling sets raise many questions, this work was achieved during a R&T study of the SIFTI instrument examined at CNES, it clarifies these questions in the form of theoretical and numerical results.