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La ville en 3D avec le radar

Faire de la reconstruction urbaine 3D à partir d'images radar est possible. L'ONERA en fait la démonstration pour la première fois.


Rendu 3D d'une partie de la ville de Toulouse à partir d'une image radar acquise en modes polarimétriques et inferférométriques (PolInSAR), acquise par le moyen expérimental aéroporté de l'ONERA. La texture en niveaux de gris est l'image d'intensité totale.
L'information colorée qui apparaît par la suite est obtenue grâce aux données polarimétriques : le canal rouge correspond à l'intensité mesurée
dans la polarisation HH+VV, le canal vert correspond à l'intensité dans la polarisation HH-VV et le canal bleu correspond à la polarisation HV.

A l'occasion du workshop PolInSAR organisé par l'Esa à Frascati en Italie fin janvier 2011, l'Onera a montré une remarquable vidéo de reconstruction 3D urbaine obtenue grâce à la combinaison de la polarimétrie et de l'interférométrie en synthèse d'ouverture (technique PolInSAR). C'est la première fois qu'une telle démonstration de faisabilité à grande échelle est réalisée.

La technique du SAR polarimétrique permet d'obtenir des images radar pour plusieurs polarisations différentes d'émission et de réception. La technique PolInSAR combine l'interférométrie et la polarimétrie. Elle utilise deux images polarimétriques, acquises par deux angles de vue très légèrement différents, afin de fournir une carte d'élévation de la scène.

Les récentes campagnes de mesure par satellite ont déjà prouvé le potentiel de cette technique, notamment pour les ressources hydrologiques ou l'estimation de la biomasse, étapes indispensables pour la quantification des flux de carbone (voir campagne TropiSAR avec le SAR aéroporté de l'Onera Sethi).

Les systèmes radar peuvent être utilisés quelles que soient les conditions météorologiques, et même la nuit. Ils sont donc une alternative séduisante et complémentaire des systèmes optiques. L'imagerie radar en relief pourrait trouver application par exemple dans la surveillance et le management de la croissance du tissu urbain.

  • Polarimétrie
    La polarimétrie est la science de la mesure de la polarisation des ondes électromagnétiques
  • Interférométrie polarimétrique
    Un étudiant les propriétés interférométriques (liées aux interférences) des données polarimétriques, on peut trouver des informations sur la source de la diffusion, puisque les signatures polarimétriques peuvent être distinguées par l'analyse des données.

    Dans l'algorithme de reconstruction 3D proposé par l'Onera, l'information polarimétrique est utilisée à deux échelles. Dans un premier temps elle intervient dans un algorithme de partitionnement de l'image en plusieurs zones homogènes (segmentation). Dans un second temps elle intervient pour améliorer les estimations de hauteurs faites à l'aide de l'interférométrie, par un algorithme dit d'"optimisation de la cohérence".
  • SAR - Radar à synthèse d'ouverture
    Technique radar qui exploite le déplacement de l'antenne pour obtenir une résolution angulaire bien supérieure à celle d'une antenne immobile. La résolution angulaire d'une antenne est inversement proportionnelle à sa taille, nécessairement réduite à bord d'un avion.
  • Le workshop PolInSAR
    L'intérêt grandissant pour les techniques radar qui produisent des données tridimensionnelles de la terre sur les environnement forestier et urbain s'est concrétisé au cours du Workshop "PolInSAR" organisé par l'Esa à Frascati en Italie fin janvier 2011. Consacré à la science de la polarimétrie et de l'interférométrie polarimétrique et de ses applications, PolInSAR a réuni plus de 200 chercheurs de 24 pays pour connaître les dernières avancées dans ce domaine.
  • Sethi
    Système embarqué d’imagerie radar de nouvelle génération conçu par l’ONERA pour des campagnes scientifiques. Développé et certifié en 2007, il produit des images radar du sol, de jour comme de nuit, quelles que soient les conditions météorologiques. « Ses applications sont multiples tant dans le domaine civil (télédétection, archéologie, étude de l’environnement) que dans le domaine militaire », explique Olivier Ruault du Plessis, du département Electromagnétisme et radar. La campagne aéroportée de cette étude a été réalisée avec un système aéroporté antérieur à Sethi (Ramses), mais les traitements par la technique PolInSAR sont très récents.

Ont participé à l'élaboration de cette étude : Nicolas Trouvé - doctorant, Elise Koeniguer, Hubert Cantalloube, ingénieurs de recherche au département Electromagnétisme et radar

10.05.2011