CNES Mag n°52 jan/fév/mar 2012
CNES Mag n°52 jan/fév/mar 2012
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°52 de jan/fév/mar 2012

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Centre National d'Études Spatiales

  • Format : (210 x 280) mm

  • Nombre de pages : 76

  • Taille du fichier PDF : 14 Mo

  • Dans ce numéro : l'innovation Pléiades.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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J dossier Special report Des « premières » technologiques en Europe Pour pouvoir acquérir chaque jour des centaines d’images en très haute résolution, les fournir en quelques heures et réagir à des demandes urgentes, Pléiades est constitué de deux satellites optiques, conçus pour le domaine visible et le proche infrarouge, qui embarquent des technologies innovantes. mise au point d’un système spatial tel que Pléiades, combinant agilité, résolution, réactivité et couverture, repose sur des technologies qui étaient « La tout juste émergentes en Europe quand le projet a démarré, il y a dix ans », commente Éric Boussarie. Aujourd’hui, ces technologies sont opérationnelles. La grande précision d’image est obtenue grâce à une architecture très compacte du satellite, conçu en un seul bloc autour de l’instrument de prise de vues. Ce concept relève d’avancées technologiques très pointues. Il s’agit en particulier des filtres « allumettes », d’élégantes lamelles de verre remplaçant les traditionnels blocs de verre en forme de prismes, qui augmentent le nombre de bandes spectrales d’observation. L’instrument haute résolution réalisé sous la responsabilité de Thales Alenia Space étant plus petit, les risques de déformation mécanique dus aux fluctuations thermiques sont moindres. La ligne de visée est beaucoup mieux maîtrisée. Autre avantage de la compacité : le satellite est facile à bouger autour de son centre de gravité pendant que la direction de l’axe de visée est parfaitement contrôlée. Pléiades est le premier système spatial en Europe équipé d’actionneurs gyroscopiques, un dispositif permettant d’imprimer au satellite de forts couples de basculement, en lieu et place des roues à inertie. Ce sont des équipements dont l’utilisation modifie radicalement la manière de concevoir le pilotage des satellites. Avec les gyromètres à fibre optique, on sait déterminer les mouvements du satellite avec une très grande précision. Si bien que le positionnement est très précis. Ainsi, inutile de se déplacer pour rafraîchir un système d’information géographique : Pléiades fournit l’information à 6 mètres près. Éric Boussarie tient à rappeler que Pléiades « fait des images techniques et non des photos, contrairement à d’autres systèmes low cost ». Elles sont géoréférencées, corrigées de leurs défauts, fiables. Elles correspondent à la réalité du terrain. Intégration de l’instrument optique FM1 sur le satellite chez Thales Alenia Space (Cannes). Integration of the FM1 optical instrument on the satellite at Thales Alenia Space in Cannes. Actionneur gyroscopique. A control moment gyro. Technology firsts for Europe To acquire hundreds of very-high-resolution images a day, deliver them within hours and respond to urgent tasking requests, Pleiades comprises two optical satellites using innovative technologies to operate in the visible and near-infrared. « A space system like Pleiades, combining agility, resolution, responsiveness and coverage, relies on technologies that were only just starting to emerge in Europe when the project kicked off 10 years ago, » says Eric Boussarie. Today, these technologies are operational. The very precise imagery is obtained thanks to the satellite’s very compact architecture, designed as a single block around the imaging instrument. This concept is based on cutting-edge technologies, in particular the narrow-band filters, elegant glass strips used in place of conventional glass-block prisms to increase the number of spectral observing bands. The highresolution instrument is smaller, thus reducing the risk of mechanical strain due to thermal fluctuations. The line of sight is much more tightly controlled. Another advantage of being so compact is that the satellite is easily manoeuvred about its centre of gravity while maintaining full control over the direction of the line of sight. Pleiades is the first space system in Europe equipped with control moment gyros (CMGs), devices able to impart high levels of torque, used instead of momentum wheels. The use of CMGs radically changes how the satellites are controlled. With the fibre-optic gyros (FOGs), we can determine and closely control the satellites’attitude while leaving them free to manoeuvre, so positioning is very precise. As a result, Pleiades is able to deliver data accurate to within six metres to refresh geographic information systems. « And remember that Pleiades acquires technically superior images, not photos, unlike other low-cost systems, » stresses Eric Boussarie. They are geocoded, corrected and accurately reflect the ground truth. 40/cnesmag JANVIER 2012
J Special report dossier L’expertise du CNES au cœur de Pléiades Pléiades fait pleinement appel aux compétences du CNES, maître d’ouvrage et architecte système de l’ensemble (à savoir des deux satellites, de l’infrastructure au sol et des algorithmes). La réalisation a été confiée à des industriels européens 1. Quant à l’intégration des centres gérant les demandes des utilisateurs, elle est revenue à un consortium 2. Enfin, les stations de réception ont été développées par Zodiac. Outre la mise à disposition du système clé en main à ses partenaires français et étrangers, le CNES a conçu « l’intelligence » de Pléiades, comme le souligne Éric Boussarie, chef de projet Pléiades au CNES. « La chaîne de programmation repose sur des algorithmes d’ordonnancement des prises de vues et sur des interfaces parfaitement maîtrisables qui garantissent les utilisations prévues et le partage entre civils et militaires. Il en va de même de la chaîne de traitement d’images. Cette dernière a fait appel à des techniques sophistiquées de compression-décompression ainsi qu’à des corrections géométriques et radiométriques pour fournir des images de très grande qualité. » 1 EADS Astrium : les satellites eux-mêmes ; Thales Alenia Space : l’instrument haute résolution ; Thales IS : le traitement de l’image ; Cap Gemini, CS-SI le logiciel de programmation. 2 EADS Astrium, Cap Gemini, CS-SI et Thales SI. c COMMENT TRADUIRE UNE IMAGE PLÉIADES ? Aider les utilisateurs des images spatiales à transformer les pixels en information, telle est la mission du service Analyse et produits image du CNES, dirigé par Hélène de Boissezon. Quelles sont les méthodes de traitement d’images pour passer d’une signature spectrale à l’identification de structures ou d’objets ? Une image Pléiades est l’équivalent d’une photo numérique très précise, d’excellente qualité, mais prise depuis un satellite, à 694 km de la Terre. Plus précisément, c’est une mesure faite en orbite à partir de la réflexion ou de l’émission d’une onde électromagnétique par un objet de la surface terrestre. Elle est restituée sous la forme de pixels rééchantillonnés au sol à 50 × 50 cm. Chaque élément, le Soleil (principal émetteur d’ondes électromagnétiques), l’asphalte, un arbre, une voiture ou un engin militaire, a sa propre « signature » spectrale. Les données fournissent ici des informations submétriques (inférieures au mètre) dans quatre longueurs d’onde. Distinguant de nouveaux objets et de nouvelles structures, elles ouvrent le champ à de nouvelles applications, à savoir l’amélioration du suivi des dynamiques urbaines et des corridors écologiques, l’aide à la cartographie des zones débroussaillées pour la prévention des risques d’incendie, le développement de nouvelles méthodes de caractérisation d’un paysage agricole, etc. Pour reconnaître les objets intéressants de façon automatique ou, le plus souvent, semi-automatique (c’est-à-dire en utilisant l’expertise humaine), il faut enchaîner un certain nombre de tâches élémentaires, explique Manuel Grizonnet, ingénieur en traitement d’images, comme « reconnaître les objets de superficie inférieure à 5 m² distinguer les objets clairs des objets sombres, détecter des lignes ou des alignements, voire reconnaître des structures circulaires. Autant d’opérations de base, issues des méthodes mathématiques d’analyse du signal image, qui sont nécessaires pour extraire une information plus élaborée, comme par exemple caractériser les infrastructures d’une zone côtière telles que des digues, des pontons ou des canalisations de rejets en mer ». C’est en assemblant et paramétrant astucieusement ces fonctions élémentaires que l’on parvient à élaborer une chaîne de traitement. En accompagnement du programme Orfeo-Pléiades, le CNES a développé un logiciel libre de traitement d’images, l’Orfeo Toolbox (OTB), adapté aux images à très haute résolution. Complémentaire des logiciels métiers de traitement d’images, cet outil, fondé sur des algorithmes, vise à faciliter et promouvoir l’utilisation de l’information issue des images satellitaires dans des contextes opérationnels. Détection d’infrastuctures côtières, matérialisées par des segments linéaires, des angles droits et des segments parallèles sur le trait de côte. Coastal infrastructures materialized by linear features, right angles and parallel features along the shoreline. Interpreting Pleiades imagery Helping satellite imagery users to translate pixels into useful information is the mission of CNES’s Image Analysis and Products department, headed by Hélène de Boissezon. So what image processing methods are used to identify structures and features on the ground from their spectral signature ? A Pleiades image is like a very precise digital photo taken from a satellite 694 km overhead. It is obtained by sensing electromagnetic waves reflected or emitted by an object on Earth’s surface. Measurements are then translated into pixels and resampled to obtain a ground resolution of 50cm x 50 cm. Each element in the image—the Sun, tarmac, trees, cars or military vehicles—has its own spectral « signature ». Pleiades imagery contains sub-metric data in four wavelengths, making it possible to discriminate features and structures for new applications like closer monitoring of urban dynamics and ecological corridors, mapping of undergrowth clearing to prevent fire risks and development of new methods for characterizing farmland. Interpreting features automatically or semi-automatically involves a sequence of elementary tasks, explains engineer Manuel Grizonnet. These might include finding features with a surface area of less than five sq.m., distinguishing dark and light features, or detecting linear or circular features. These basic operations use mathematical image signal analysis methods to extract higher-level information such as coastal infrastructures like levees, pontoons or sewers discharging into the sea. To support the ORFEO/Pleiades programme, CNES has developed a free software library called Orfeo Toolbox (OTB), especially designed for very-high-resolution imagery. Complementing dedicated image processing software, this algorithm-based tool aims to facilitate and promote operational use of satellite data. Ces résultats ont été obtenus en utilisant la librairie de traitement d'images Open Source Orfeo ToolBox (www.orfeo-toolbox.org). These results were obtained using the Open Source Orfeo Toolbox image-processing library (www.orfeo-toolbox.org). JANVIER 2012 cnesmag/41



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