Stage – Simulation de scènes synthétiques pour des satellites optiques

Magellium (Artal Group), with its 300-strong workforce, is an independent player, specializing in the value chain of pixel, image and video data (from satellite, airborne or drone sensors to their use in geographic information systems, cartography and Geointelligence). Magellium promotes mastery of software, AI, image processing and geomatics technologies.

L’unité Earth Observation est en charge des activités de traitement d’images d’origine spatiale. Ses domaines d’expertise sont : la géométrie des capteurs et le traitement d’image, la calibration/validation & le contrôle qualité et les services d’observation de la Terre. Nos experts en télédétection, nos scientifiques et nos concepteurs de logiciels spécialisés se concentrent sur les programmes de R&D, les algorithmes de traitement, les systèmes de segment sol et les services environnementaux. Observer la Terre depuis l’espace, surveiller notre environnement et les changements climatiques sont nos défi.

Pour ces projets concernant notre environnement et les changements climatiques, Magellium propose le stage suivant intitulé : Simulation de données synthétiques pour des satellites optiques

L’observation de la Terre par satellites dépend des propriétés de surface, de l’atmosphère et des caractéristiques instrumentales. Les  modèles de transfert radiatif (RTMs) servent à simuler la propagation de la lumière à travers l’atmosphère en prenant en compte les propriétés de surface et sont clés pour comprendre les observations faites par des satellites, tester des nouveaux algorithmes de traitement de données ainsi que les stratégies de validation.

Les End-to-End Simulator (E2ES) sont des outils qui mettent en œuvre les RTM afin de simuler dans un premier temps l’acquisition d’une scène par l’instrument du satellite, puis dans un second temps de mettre en œuvre les algorithmes de traitement de l’image afin de retrouver les propriétés de surface, le but étant de retrouver exactement les conditions de surface simulées. Un des buts principaux d’un E2ES est de pouvoir développer, tester et valider la chaîne de traitement d’image du satellite avant le lancement et d’évaluer l’impact des différents bruits. Bien souvent, ces algorithmes sont développés pour des applications spécifiques, avec des approximations qui les rendent inadéquats à la simulation de données pour d’autres applications ou missions. Dans ce contexte, il existe un réel intérêt à développer des algorithmes de simulation plus génériques et robustes, pouvant être appliqués à différentes missions.

Typiquement, un E2ES continent ce qu’on appelle un Scene Generator Module (SGM) capable de générer des scènes avec différents degrés de réalisme et qui comprend:

1. l’intégration des propriétés de surfaces, topographie, et caractéristiques atmosphériques
2. un RTM qui est capable de simuler la radiance mesurée par un satellite et les processus d’absorption et diffusion par des gaz, aérosols et nuages.

Ces images synthétiques peuvent être utilisées pour :

1. la conception des nouveaux instruments,
2. le développement et le test des nouveaux algorithmes de traitement d’images,
3. l’implémentation des stratégies pour la validation des produits satellitaires.

Les E2ES contiennent aussi ce que l’on appelle un Instrument Simulation Module (ISM), afin de simuler de façon plus ou moins détaillée les différents bruits et perturbations (optiques, capteurs) affectant les données mesurées.

LE SUJET 

L’objectif de ce stage sera de contribuer au développement d’un simulateur de données hyperspectrales générique.

Dans une première phase, le stagiaire devra, à l’aide de ses encadrants, définir une architecture modulaire et robuste
pour l’ensemble de la chaîne de simulation.

Ensuite, le stagiaire devra se concentrer sur la génération des propriétés de
surface incluant entre autres des caractéristiques spectrales (c.à.d. réflectance/BRDF, topographie, et land cover). Le
stagiaire devra enfin développer un modèle instrumental plus ou moins simplifié afin de simuler les défauts
instrumentaux.

Pour clôturer le stage, le stagiaire pourra potentiellement éprouver le prototype en effectuant des
analyses de sensibilité des algorithmes de retrieval pour une mission spatiale spécifique (FLEX).Ce simulateur doit être capable de générer des scènes synthétiques ainsi que des images réalistes.

Comme objectifs principaux, vous devrez :
● Vous familiariser avec l’état-de-l’art dans ce domaine en lisant des références scientifiques et documents
techniques, et établir une liste des exigences.
● Faire un design du E2ES en proposant une architecture, interfaces, et identifier les données auxiliaires
nécessaires pour le développement.
● Développer les algorithmes et les tester dans des cas spécifiques (mission FLEX).
● Documenter les algorithmes dans une Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD).

Les travaux seront réalisés en Python ou Matlab, dans un système Linux ou Windows. Vous travaillerez en collaboration
active avec les experts en transfert radiatif, et télédétection pour définir