La journée « Image et Télédétection » du 27 Mars 2008 a réuni une cinquantaine de participants et permis de réaliser une cartographie regroupant une vingtaine d’équipes travaillant en France sur des problématiques de traitement d’images liées au domaine de la télédétection. Cette première journée, constituée d’exposés tutoriaux sur différents types de données et traitements associés, a également permis de recenser des sujets plus ciblés sur lesquels il serait intéressant d’organiser des journées spécifiques dans le cadre du thème B du GdR ISIS.

La journée proposée porte sur le thème de l’estimation et l’analyse de champs vectoriels en télédétection. Les problèmes méthodologiques liés aux champs vectoriels apparaissent dans certaines étapes de traitement et différents domaines liés aux géosciences. De façon non-exhaustive on peut citer :
- le recalage entre données (satellitaires, aéroportées, cartographiques…) qui conduit à des champs de disparité,
- les mesures d’orientation (champs de gradient),
- l’extraction d’informations 3D (MNT, bâtiments...),
- les mesures de déformations ou de mouvement (champs de déplacement, par exemple, mouvement de terrain ou de glaciers),
- le suivi d’objets (flot optique, tracking..., par exemple de voiture dans les images aéroportées ou satellitaires HR).
Les données ou les supports de ces champs peuvent être des images, des volumes, des réseaux de points ou de primitives, entraînant des problèmes d’estimation, de régularisation, d‘analyse de cohérence ou multi-échelles propres à la nature vectorielle de l’information recherchée. L’objectif de cette journée est de réunir des personnes amenées à travailler sur les champs vectoriels au travers de données de télédétection ou d’applications liées aux géosciences et de favoriser les échanges avec l’ensemble de la communauté « Traitement de l’Information » grâce à un appel à communication diffusé aux différentes communautés. 

Programme prévisionnel :
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9h30 Accueil
9h45 Recalage et mesures de similarité, Jordi Inglada, CNES 
10h15 Suivi dans les sequences video par filtrage particulaire, Severinne Dubuisson, LIP 6 
10h45 Estimation de champs de mouvements dans des couches atmosphériques par assimilation de données, Thomas Corpeti, IRISA 
Pause
11h30 Vérification du bâti décrit par base de données géographique à partir d'un couple stéréo d'images aériennes, Charles Beumier, SIC - école militaire, Bruxelles
12h MicMac, un logiciel open source pour ma mise en correspondance d'images - exemples d'utilisation dans le domaine de la recherche finalisée en cartographie,      M. Pierrot-Deseilligny, Didier Boldo, IGN

Repas

13h45 Glacier velocity estimation by amplitude matching and  airborne DInSAR. Andreas Reigber, DLR, Munich 
14h15 Mesure de déformation par interférométrie SAR différentielle multitemporelle, Marie-Pierre Doin, Lab. Geologie de l'ENS Paris
14h45 Mesures géodésiques, topographiques, photo- et lasergrammétriques dans le cadre de l'étude de glacier, Mathieu KOEHL, MAP-PAGE, INSA de Strasbourg
Pause
15h30 Méthodes d'estimation d'un champ d'orientations locales. Application à la télédétection, Christian Germain, IMS/LAPS, Bordeaux
16h Une approche itérative rapide pour le calcul de flot optique par corrélation, Guy Le Besnerais, Frédéric Champagnat et Aurélien Plyer, ONERA/DTIM
16h30 Discussion critique sur quelques techniques récemment introduites pour la segmentation de données vectorielles fortement bruitées par minimisation de la complexité stochastique, Frédéric Galland, Institut Fresnel, Marseille

Exposé complémentaire (selon le temps):
- Estimation variationnelle du flot de scène et application géophysique, Frederic Huguet, Frederic Devernay, INRIA Rhône-Alpes

Résumés :
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Thomas Corpeti, IRISA : Estimation de champs de mouvements dans des couches atmosphériques par assimilation de données
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La complexité des lois dynamiques régissant les flux atmosphériques 3D, associée à des observations bruitées et incomplètes issues  d'images satellitales, rend difficile l'estimation de paramètres liés à la dynamique de l'atmosphère. Nous nous concentrons sur le problème d'estimation consistante dans le temps de mouvements horizontaux à différentes altitudes de l'atmosphère à partir d'une séquence d'images. Sur la base d'une décomposition verticale de l'atmosphère, nous proposons un estimateur de mouvement consistant temporellement et s'appuyant sur un modèle dynamique multicouche. L'estimateur utilise un cadre théorique dérivé de l'assimilation de données et est appliqué à des observations bruitées et incomplètes d'images de différences de pression obtenues à partir de données satellitaires. La performance et la comparaison de cette méthode est évaluée sur des exemples synthétiques et réels issus d'images satellites météorologiques.

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Mathieu KOEHL, MAP-PAGE UMR 694, INSA de Strasbourg : Mesures géodésiques, topographiques, photo- et lasergrammétriques dans le cadre de l'étude de glaciers.
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Dans le cadre du projet MEGATOR, l'équipe MAP-PAGE de l'INSA de Strasbourg est intervenue à plusieurs reprises en tant que spécialiste de la mesure de positionnement. Les mesures et traitements présentés sont de 3 types différents :
- positionnement GPS de balises en vue de la détermination de la vitesse d'écoulement superficielle du glacier. Deux périodes de mesures ont été traitées et comparées à des mesures historiques. Ces expérimentations portent sur le glacier d'Argentière.
- mesures par lasergrammétrie de l'évolution d'un front du glacier : différentes acquisitions de nuages de points permettent de tester la mise en oeuvre d'un scaner 3D pour ce type d'"objet". Là encore le glacier d'Argentière a été le sujet d'expérimentation.
- recalage GPS (stéréopréparation a posteriori) de photographies aériennes en vue de l'extraction d'un modèle numérique de terrain (MNT) : des points "stables" ont été identifiés dans les séries d'images aériennes des glaciers. Ces points de référence permettent l'orientation des images (aérotriangulation) afin d'en extraire par voie photogrammétrique un nuage de points constitutifs du MNT. Contrairement aux deux expérimentations précédentes où les déplacements ont été étudiés, cette dernière utilise la relative stabilité des éléments dans le temps pour en extraire les informations. Les glaciers traités sont la "Mer de Glace" avec des images de 1995 et "Argentière" avec des images de 1990.

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Christian Germain, IMS/LAPS, Bordeaux : Méthodes d'estimation d'un champ d'orientations locales. Application à la télédétection.
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Les méthodes classiques d'estimation de l'orientation locale dans une image numérique reposent généralement, soit sur une estimation du gradient, soit sur l'utilisation de filtres orientables. Les premières sont rapides et s'adaptent bien aux configurations ou une seule orientation peut être associée à chaque point. Les secondes sont calculatoirement plus couteuses mais indispensables dans les cas ou plusieurs orientations peuvent coexister en un point. Nous présenterons des estimateurs dans chacune des catégories et discuterons de leurs mérites respectifs. Nous présenterons également des applications de ces techniques dans un contexte de télédétection optique sur des parcellaires viticoles.

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Guy Le Besnerais, Frédéric Champagnat et Aurélien Plyer, ONERA/DTIM : Une approche itérative rapide pour le calcul de flot optique par corrélation
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Le calcul de champs de mouvements par corrélation de fenêtre reste une méthode de référence dans de nombreux domaines applicatifs : vision, codage/compression, physique expérimentale (PIV, mesures de déformation matériaux). Les techniques classiques (FFT, recherche itérative locale) conduisent à un compromis entre le temps de calcul, la précision et la densité du résultat, paramétré par la taille de la fenêtre et le taux de recouvrement. Ce compromis empêche, en général, le calcul d'un flot dense (ie. un vecteur par pixel) à un coût raisonnable.
Nous adoptons une approche de Gauss-Newton et présentons un développement original permettant d'obtenir un flot dense par optimisation d'un critère de corrélation à l'aide d'opérations simples et hautement parallélisables. L'algorithme obtenu, baptisé FOLKI ("Flot Optique par algorithme de Lucas-Kanade Itératif") se classe en tête des techniques à base de corrélation de fenêtres sur le comparatif de l'université de Middlebury (http://vision.middlebury.edu/flow/). Il a été employé sur de nombreuses séquences réelles ONERA d'origines variées (séquences de drones, mesures de déformation, PIV) et s'avère très robuste. FOLKI est parfaitement adapté aux architectures parallèles actuelles : nous présentons une implémentation GPU qui conduit à des temps de traitements inférieurs à 40ms/frame sur des séquences de taille 1376x1040.
La base algorithmique de cette méthode est généralisable à d'autres contextes en recalage d'images : stéréovision multi-vues, PIV 3C, etc.

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Frederic Huguet, Frederic Devernay, INRIA Rhône-Alpes : Estimation variationnelle du flot de scène et application géophysique
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Etant donné une scène 3D observée par une paire de caméras calibrées, nous cherchons à évaluer le déplacement 3D des points de la scène : le flot de scène (introduit par Vedula et Baker). Pour celà, nous disposons des séquences stéréoscopiques fournies par les caméras, c'est à dire d'un flot temporel de paires d'images stéréoscopiques de la scène.
Possédant une paire d'images stéréoscopiques à un instant quelconque, nous pouvons, pour chaque point d'une des deux images, trouver le point correspondant au meme point 3D de la scène dans l'autre image, et ensuite évaluer la position 3D du point. D'autre part, connaissant la scène a l'instant initial,  nous pouvons estimer le mouvement apparent  de ces points dans les images produites par chaque caméra: le flot optique. Le flot optique permet ainsi de suivre la trajectoire d'un point de la scène initiale dans les séquences d'images, au cours du temps, et la mise en correspondance stéréoscopique permet quand à elle de retrouver la position 3D de ce point au cours du temps. Le flot de scène se déduit alors par différence etre la position 3D initiale du point et celle à un instant quelconque.
Nous présentons une méthode permettant de résoudre simultanément et en une seule étape les problèmes de correspondance stéréoscopique et de flot optique.
Le flot de scène cherché est dense, et les approches variationnelles sont particulièrement bien adaptées à cette contrainte.
Notre modélisation du problème d'estimation du flot de scène, prenant en compte différentes contraintes (robustesse aux variations d'illumination de la scène, ...)  aboutit à l'écriture d'un système de 4 EDP fortement couplées et non linéraires. Afin de les résoudre numériquement, nous avons utilisé une approche multirésolution associée à un traitement des non linéarités des équations par des itérations de point fixe imbriquées . Nous présentons ici des résultats expérimentaux sur des images issues d'expériences relatives à l'étude des glissements de terrain en montagne.