Fusion d'images optique et radar à haute résolution pour la mise à jour de bases de données cartographiques, Fusion of high resolution optical and SAR images to update cartographic databases

Vincent Poulain

Description

Sous la direction de Philippe Marthon, Jean-Yves Tourneret
Thèse soutenue le 22 octobre 2010: INPT
Cette thèse se situe dans le cadre de l'interprétation d'images satellite à haute résolution, et concerne plus spécifiquement la mise à jour de bases de données cartographiques grâce à des images optique et radar à haute résolution. Cette étude présente une chaîne de traitement générique pour la création ou la mise à jour de bases de données représentant les routes ou les bâtiments en milieu urbain. En fonction des données disponibles, différents scénarios sont envisagés. Le traitement est effectué en deux étapes. D'abord nous cherchons les objets qui doivent être retirés de la base de données. La seconde étape consiste à rechercher dans les images de nouveaux objets à ajouter dans la base de données. Pour réaliser ces deux étapes, des descripteurs sont construits dans le but de caractériser les objets d'intérêt dans les images d'entrée. L'inclusion ou élimination des objets dans la base de données est basée sur un score obtenu après fusion des descripteurs dans le cadre de la théorie de Dempster-Shafer. Les résultats présentés dans cette thèse illustrent l'intérêt d'une fusion multi-capteurs. De plus l'intégration aisée de nouveaux descripteurs permet à la chaîne d'être améliorable et adaptable à d'autres objets.
-Traitement d'image
-Fusion de données
-Extraction de routes
-Extraction de bâtiments
-Image optique
-Image RSO
This work takes place in the framework of high resolution remote sensing image analysis. It focuses on the issue of cartographic database creation or updating with optical and SAR images. The goal of this work is to build a generic processing chain to update or create a cartographic database representing roads and buildings in built-up areas. According to available data, various scenarios are foreseen. The proposed processing chain is composed of two steps. First, if a database is available, the presence of each database object is checked in the images. The second step consist of looking for new objects that should be included in the database. To determine if an object should be present in the updated database, relevant features are extracted from images in the neighborhood of the considered object. Those features are based on caracteristics of roads and buildings in SAR and optical images. The object removal/inclusion in the DB is based on a score obtained by the fusion of features in the framework of the Dempster-Shafer evidence theory. Results highlight the interest of multi sensor fusion. Moreover the chosen framework allows the easy integration of new features in the processing chain.
-Image processing
-Data fusion
-Road extraction
-Building extraction
-Optical image
-SAR image
Source: http://www.theses.fr/2010INPT0093/document

Sujets

• Traitement d'images

Informations

• Publié par: Thesee
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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

THÈSE
En vue de l'obtention du
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse (INP de Toulouse)
Discipline ou spécialité : Signal, Image, Acoustique et Optimisation
Présentée et soutenue par Vincent Poulain
Le 22 Octobre 2010
Titre : Fusion d'images optique et radar à haute résolution pour la mise à jour de bases de données
cartographiques
JURY
Mme. Florence Tupin Professeur, Télécom ParisTech Rapporteur
M. Jocelyn Chanussot Professeur, ENSE3 Grenoble Rapporteur
M. Philippe Bolon Professeur, Polytech Annecy-Chambéry Examinateur
Mme. Eléonore Wolff Professeur, Université Libre de Bruxelles Examinateur
M. Philippe Marthon Professeur, ENSEEIHT Toulouse Directeur de thèse
M. Jean-Yves Tourneret Professeur, ENSEEIHT Toulouse Directeur de thèse
M. Jordi Inglada Docteur, CESBIO-CNES, Toulouse Co-Directeur de thèse
M. Marc Spigai Thales Alenia Space, Toulouse Co-Directeur de thèse
Ecole doctorale : Mathématiques Informatique Télécommunication de Toulouse
Unité de recherche : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse
Directeur(s) de Thèse : Philippe Marthon et Jean-Yves Tourneretii(RSO).R?sum?lesCette?tudeth?secartographiques.setionsituecartographiedanscleNouscadream?liorable,ddesedel'inestterpr?tationrecd'imagescr?satelliteouv?optiquehautepr?-applicationssolution,prendreeteconcernedensplusxsproutes.?ciquemenimagestdispladmiset??jourcdedesbasesendsyneadonn?est(BD)pcar-motographiques.te.Enimagescartographie,es,lesNoustraurbain,vceauxhauteat?r?tctub?timener?solul3msdesonBDtlg?n?ralemenhetb?tirmono-capteursdeetanlesoucdesha?nesordpdoitropinos?esmdansinlaauxlitt?ratureradarsond'ouvtitesouvha?neenoirtoluer,spd?ciques??n?cessiteruneapplication.impDeellepluscomptelessiinfexog?otrmationsvexternescalisonsnelesonout.queypraremenettlesprisesjetsenourcompte.tOretcesgammeinforma-entions,60cmdeourtetyppeRSO.BDeutviiiecteur,decarteshercouestmoed?lesunenha?neum?riquestraitemendeg?n?riqueterrainde(MNT),ersonmettretjourais?-BDsmenD'abtladispha?neoniblespetoirpt?grereuvdonn?esenulti-capteurs.tnousfacilitert?ressonsl'inparticulierterpr?tationcapteursd'uneetsc?ne.?Pth?seourerturefaireEnsuprogresserll'?tatcactuel,doitilouvestais?menin?vt?ressan?tretadeaprendretableend'autrescomptesansdesdedonn?esdimca-ulti-capteurs,structurelleanortand'exploiterEnnladoitcompl?menentarit?desenaintrequecapteudonn?esrsnoptiquedeetypradar,BDainsiecteur.quefod'innotret?grersurdesmilieudonn?esplusexog?nesmoinsdanselaDansctha?needesc?ne,traitemenent,r?solution,quiprincipaupobermettend'intpunlaesonanalyselesplustsricleshLaedeettionplusvisag?epdeerformanjusqu'?tepdeleslaoptiques,sc?ne.autourAinsi1mleourbutimagesdeUneceptra?trevonibleaifacilemenendesend?terminertr?elesdedeslaouctha?ne,badansoth?sescey-casdanslecaract?risonstraradiom?trievcesaillaconsisted?li-?fusion,lal'imagemettret?esjour.?l?menDanslesle(optiquecascrit?rescondiom?triquestraireplequellebputscoresest?tredevcr?eretunelaBDrtcartographique.sonEnsegmenfonctiondedes?redonn?esroutedispradar.onibles,jetdi?renttsidsc?narioshaquesonlestaend'invisag?s.parall?lismeLe?acadestextuelsid?alDesestanlaobpjetr?senceecteurd'unhaqueedansimageCetteoptiqueg?n?ralisationmaultisppectralel'impr?cision?punenouvr?solutiontraitemendep70cmh(db?timeneextraitestparypD'autreeautomatiquesPl?i-padesgoudesQuicoth?seskbird),partird'uneoptiqueimagedRunSOestdedevr?solutionpr?sen1mBD,(dentdeypjetet)TdisperraSAR-XraouAinsiCosmo-obSkymed),parainsi(parqu'unevBDtoursvres),ecteurmme??g?tation,mettreet?d'omjour.jet?e,Cepescripteursendanentd?terminerd'auctrevsUncasdoncsonunttenanpdeossibEnsuiteles,tpluscadred?fadevporables,commecolamme?sienne.parourexempletagesuniquemenunetais?eunesourcesimageteoptiqued'in(pancdhromatiquedescripteursouha?nemApr?sultispivectrale)adedesr?soluyptiondeplustsoutmoinsdepr?ciseoptique(enunetretation.60cmpartetalgorithmes3m),d'extractionouroutebienermettenunique-demen?ntrunehimagepRSO,dea?vdecimagesouetsansAninformationseexternes.siLobeconsid?r?butunesttd'exploiteranau?tremieuxtleslainformationsnousdispeoniblestionssurcaract?ristiquesunecsc?neobp(routeourb?timencr?erdansouimagesmettreonibles?et/oujourdur).nenousBD.lesLajetsct?r?tha?nedesdeg?om?triquestraitemenexempletamiseecenconplacelinseicompra-ose(codel'absencedeuxv?tapunees.homog?ne)Dansconun(pr?sencepremierbretemps,rola...).BDd(sisondispmisonible)placeestdevdans?ri?e.mesureDanshaquecettejet?tap?rieecrit?res.nousobcestherccaract?ris?honsarlesvobconjetstquiscoresdoivcendescripteur.tles?tresonretir?sfusionn?sdeleladeBD.th?orieLaDempster-Shafer.secondeth?orie?tapeutevueconsisteune?derecth?oriehyercElleherpdansalesanimagesdedeermettrenouvmoeauxsationobdejetsdes?d'informationapr?senjouterladansossibilit?lat?grerBD.tPeoureauxr?aliserdanscettecderni?rede?tapt.ela,und'uneenscoreLesestuobteneuplace,p?ricationourpluscenhaqueBDobmanjetL'?vconsid?r?,laqtupiutilisationseradeinpt?gr?ondandansunladeBDRSOoularejet?etennouvfonctiondansdefusionladevcad'autresllaeurcardetceculscore.miseDansourleocasldesumainroutes,casen70cmconsid?ranet/outr?solutionleurconcerneorganisationlaenBDsr?seatution,obunepr?senm?thoth?sedet?r?tdeulti-capteurs.liaisont?grationdeseauxtro?nd'?tre?oadaptablenjets.s?rationnelleaccept?sha?neaa?t?amiserelativeneuplace,debas?epsurettredesjourconttourscasactifs.auLesmiscon-entoursrtanactifs?rateursonourttdesvconr?solutiontoursod?formables2.5mconimagetraindets1m).?aluationla?foisfoisparvleurdesformeroute(?nergieb?timeninetternd?tec-ede)eauxetjets.parr?sultatsunt?stermecetted'attacillustrenhel'inauxd'unedonn?esm(?nergieDeexterne).l'inDansais?enotrenouvappdescripteursroermetclahha?neeam?liorablenoustutilisons?leobscoreUneduopcondetourcactifestapr?svisfusiongeabledesldescripteursm?thocommeesttermeemend'at-ptacco?teusehetempsauxcal-donetn?es.eutLaermclaha?ne?dedetraitemenautomatiquementpestles?vcorrespalu?etpmourd?ledi?renentstoutsc?nariosa(imageeoptiquetpancophhrop-traitermatiqueuellemenoulesmcomplexes.ultispectrale,vistudyAbstractwithThisthewooimagerkDB.takfeatures,esdealplace,inforthenoframewTheorkbofahighcresolutionlremotessensingrtographimagetoanal-aysis.underItthefodcyuviisesinonbtheotherissuerequiringof,cartographicadatabasev(DB)built-upcreationinorinupbuildingsdating,isandimages,moreDBpreciselyatonthisbuiDBlt-upt,areas.preciselyIntocartographicariousapplications,themostmcurrendtustudiesableareeasilyspinstanceecicatotableoneicasensorsintsingleFmomde.imagesMoreocillaryveerDB.ancillarycusesinformationIniofsresolutionrarelyjectsused.forHoarew-roads.evrangeer,60cmthisforinformationaround(likimages.ebaailablvinputectorhain.DB,theareducesmapdating.orisagoaldigitalorkterraincreatemoccordindel)vcan,bareecaseeasilyvaanvectralailableresolutionand(Pcanmbsteehelpfultofortegratethenewsceneforintoterpretation.eConsequendtlyp,totheapplitinntegrationwithoutofsignicanexogenousstructuraldatahanges.andinallymitulti-senustsowithrandimagesnindata,aikparoectorcessingOurcfohainonisareas.inthiterestingkindtoscene,allohighwimageryaobmoreofaccurateterestscenecaunderstanding.yThemainlygoalandofThethisresolutionwconsideredorkfromisupto3mbuildopticalaandgeneric1mpSARroAcessingcancehainvtoeupthedateoforccreateInacase,car-problemtographicstudyDB.toFirst,uptheIfcDBhainpresenmtheustofbweisabletotooneinAtegrategmaulti-sensorailabledata.ataWvescenariosconsiderforeseen.mainlyidealopisticaalailablilitandofSARopticalsensors.ultispThen,imagetheacarounh70cmaleiadesinimage).ortQuicorkkbirderg),buildingsaF1mbasedresolutioncSARoimagei(likgeneralizationeoTlinkingecorraSdAR-Ximage,orextractedCosmo-Skymed),featuresandobayvframewectorableDBvthatstructureshouldnetboeAuptheirdated.termHoscorewscenariosev.er,anotherthe(lessconsideredoptimistic)caracteristicsscenariosopticalofal/inclusioninputadatafeaturesareevidenceforeseenetoybeasilyecessing,proedcessedwhicbasystructurethemethocelopphain.sectionFconorninstancebthenuseyofouratermsinglefusion.opticalaluatedormSARofimage,aorDB,anfeaturesopticalimagesimagebatofaject.lobasedwroadserSARresoluges.tionremo(SPOT-5theforbasedinstance)obtainedorfusionpanthecthehro-.matic,canwithasorthewithouttheoryDBmoasfeaturepriorroadinformation.eThedevgoalmethoissectiontoexploitsexploitroadsatnbork.consideringestasaork,vofailableasdataThetoeupstrategydate/createactivthe(snakDB.eTheareproptours,osedbproecessingecandhaindataisenergy).comph,osedtaoffromtafterwprooissteps.vFirst,hromaticifectralaaDBorismaresolutionvdatedailable,relevthetpresenceareoffromeacinhneighDBorhoobdjecttheisobcThosehecarekonedofinandtheinimageandsima.TheInjectthisvstep,inwDBesloonokscoreforbobthejofecintsframewthatofshouldDempster-ShaferbtheoryeTheremoorkvbedseenfromatheofDB.BaTheesiansecond,steptoconsistdeloftheloimprecision.okoriprongwforhaneweobelopjectsathatdshouldfblinkingehincludedtheinoftheorganizedDB.aThisestepwrequirestheirtheorganizedcreationaofwobajectdhsectionypwotheses.devHyped.othesespropofsbuildingsdarelinkingproisvidedonbeytoursaes).segmenctivtationcooftoursthedeformableopticalnimage.constrainedFothoryroads,shapw(ieternalusenautomaticy)roadbextractionaalgottingri(externalthmsInthatapproacprothevidearoadttinghcomesyptheothesescomputedfromfeatureopticalTheandcessingSARhainimages.evTforoariousdetermine(panciforanultispobopticaljectwithshouldresolutionb70cme2presen5tand/ori1mnSARtheviiiupumaTheIndeed,evcessaluationondinisItpoferformedtimeformothecessDBevAnericationcanandrequiresforcesstheimpldetectioncanoftonewixroadsalsoandtobuildings.obResultserationalhighlcighetmethothewincanterestcasesoftomenultiwhilesensorafusion.opMoreouallyvcomplexerres.thecancbhosenadaptedframewproorkotherallojets.