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Développement d’algorithmes scientifiques pour générer des produits de niveau 1 et 2 optiques et thermiques pour la mission TRISHNA

Description

Le contexte

La mission TRISHNA (THermal infraRed Imaging Satellite for High-resolution Natural resource Assessment) est un projet de mission à haute résolution spatio-temporelle dans l’InfraRouge Thermique (IRT) mené en collaboration entre les agences française et indienne CNES-ISRO. Les objectifs scientifiques prioritaires sont le suivi de l’état hydrique et du stress des écosystèmes continentaux, ainsi que le suivi des eaux côtières et continentales ; s’y ajoutent l’urbain, ainsi que des applications sur la ‘Terre Solide’ (géologie, géophysique), la cryosphère et l’atmosphère. Les travaux en cours visent à améliorer les estimations de la température de surface et d’optimiser dans ce but la définition de l’ensemble de la mission, depuis les spécifications (orbite, heure de passage, instrument, etc) jusqu’à la définition des produits et des chaînes de traitement.

La problématique des effets directionnels

Un point sensible de la mission TRISHNA est la présence d’effets directionnels dans les canaux thermiques, ce qui peut induire des différences de plusieurs degrés sur les mesures de la température, en particulier pour les surfaces continentales. Afin de pouvoir comparer les produits en température acquis à plusieurs dates et plusieurs lieux géographiques, il est primordial de pouvoir les normaliser par rapport à une géométrie de référence qui pourrait être la visée nadir. Il existe des modèles déterministes d’effets directionnels, mais leur lourdeur les confine au rôle d’outils d’étude. Sur le plan opérationnel on recherche donc pour traiter les futures données TRISHNA des modèles paramétrés à la fois robustes et simples à mettre en oeuvre. Les études réalisées jusqu’ici ont permis de proposer une approche (dite ‘RL’) qui permet de restituer le phénomène bien connu de hot spot (celui-ci se matérialise par un pic radiométrique, i.e. un  maximum de température mesurée lorsque les directions solaire et de visée coïncident). Il a été montré que les effets directionnels dépendent conjointement de la structure des canopées, du forçage météorologique et pour la végétation de son état hydrique.

L’orbite pressentie (à 761 km) a une revisite tous les 8 jours avec 3 sous cycles qui autorise pour un site donné au sol 3 acquisitions dans des configurations angulaires de visée différentes et permet de s’affranchir en grande partie de la présence de hot spot indésirable dans les images. Il demeure cependant des effets directionnels qu’il importe de corriger afin notamment de découpler l’artefact directionnel de la variabilité naturelle de la température de surface.

Objectif de la thèse et travail proposé

L’objectif de cette thèse sera de mettre au point des méthodes de correction des effets directionnels et de génération de produits biophysiques de façon compatible avec une intégration dans les chaînes opérationnelles de traitement des données TRISHNA.

4 étapes de travail sont proposées : 

1. Prolongement des travaux antérieurs sur la recherche d’un modèle paramétrique adapté. On s’appuiera sur le modèle RL que l’on généralisera à partir de données générées par des modèles déterministes reconnus par la communauté. A la suite du modèle 1D SCOPE déjà utilisé, on mettra à profit le modèle 3D DART capable de simuler des effets directionnels de façon indépendante et moins tributaire d’une fonction de hot spot arbitraire. DART permet de plus de simuler des structures très variées, telles que les couverts à effet de rang en particulier.

2. Le (ou les) modèle(s) paramétrique(s) ainsi élaborés seront validés par rapport à des jeux de meures de terrain déjà disponibles et que l’on enrichira, en mettant en œuvre des drones permettant d’échantillonner un grand nombre de surfaces et de conditions météorologiques et hydriques.

3. Après leur validation, on testera l’inversion du (ou des) modèle(s) paramétrique(s) sur des images réelles (ECOSTRESS par exemple) dans le but de mettre au point les procédures de calage des paramètres et la correction des effets directionnels. On cherchera à exploiter dans ce but la variabilité spatiale -donc angulaire- au sein des images sur des surfaces de même type (moyennant des hypothèses de stationnarité).

4. La finalité du travail qui précède sera la mise au point d’algorithmes prêts à être implantés dans les chaînes de traitement TRISHNA afin de générer des produits de niveau 1 (canaux spectraux TRISHNA normalisés) et de niveau 2 (albédo, température, émissivité). Pour le niveau 2, on adaptera les méthodes existantes (modèle paramétré, méthode TES ou split-window) en tenant compte de la géométrie d’acquisition de TRISHNA.

Profil

Le candidat devra avoir suivi une formation en physique de la mesure et en traitement des données de la télédétection. Il devra aussi avoir des notions avancées en langage de programmation (C++, PYTHON et GDAL) et graphique (Matlab, IDL).

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : CESBIO
Directeur(rice) de thèse/recherche : Roujean Jean-Louis
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : jean-louis.roujean@cesbio.cnes.fr
Responsable Cnes de l'offre : GAMET Philippe

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019

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