Stage – Correction atmosphérique par Réseaux de Neurones

Magellium (Groupe Artal), avec ses 300 collaborateurs, est un acteur indépendant, spécialiste sur la chaine de valorisation du pixel et de la donnée image et vidéo (du capteur satellite, aéroporté ou drone jusqu’à son utilisation dans les systèmes d’information géographique, la cartographie et la Géointelligence). Magellium promeut la maîtrise des technologies du logiciel, de l’IA, du traitement d’image et de la géomatique.

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 & 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 défis.

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

LE CONTEXTE

L’observation de la Terre par satellites dépend des propriétés de surface, atmosphère et 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 de 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 contient 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 surface, topographie, et caractéristiques atmosphériques ; et (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  génériques.

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, vous devrez vous concentrer sur la génération des propriétés de surface incluant entre autres des caractéristiques spectrales (c.à.d. réflectance/BRDF, topographie et land cover).

Vous devrez enfin développer un modèle instrumental plus ou moins simplifié afin de simuler les défauts instrumentaux.

Pour clôturer le stage, vous pourrez 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.

Les objectifs principaux seront :

• 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 le plan de travail, développer l’outil et générer les données. Vous devrez être autonome dans la mise en œuvre de ces éléments.

PERSPECTIVES :

Des perspectives pour rejoindre les équipes Magellium pourront être proposées à l’issue de ce stage en fonction des opportunités, que ce soit sur ces projets spatiaux ou dans le cadre de collaborations avec des laboratoires.

Vous aurez aussi l’occasion d’entrer en contact avec plusieurs instituts de recherche internationaux tels que l’Univ. de Valencia (Espagne), ITC (Pays-Bas), Univ. de Milan (Italie) qui vous permettront d’élargir votre réseau professionnel.