Quantification des effets de l'hétérogénéité et du relief du sol en télédétection : modélisation du signal en entrée du capteur

Other literature type French OPEN
Miesch, Christophe (1999)
  • Subject: Transfert radiatif | Monte Carlo | Variabilité spatiale | Topographie | Réflectance bidirectionnelle | Ombre | 621 | Radiative transfer | Spatial variability | Topography | Bidirectional reflectance | Shadow

Les codes de transfert radiatif dans le système Terre-atmosphère sont déterminants pour comprendre et interpréter le signal mesuré par des instruments d'observation satellitaires. Actuellement, la problématique du transfert radiatif n'est bien maîtrisée que dans des cas simples, de scènes homogènes et planes. L'objectif des travaux menés dans cette thèse est de développer une méthode efficace de simulation d'observation de scènes hétérogènes avec relief. Pour cela, une première méthode basée sur une résolution statistique Monte Carlo a été développée, dans le but de réaliser un code de référence introduisant peu d'hypothèses simplificatrices dans le calcul. Cette méthode, consistant à simuler le trajet des photons dans l'atmosphère, est validée à l'aide d'un code de transfert établi, et de mesures de temps en calcul, et ne peut être utilisée de façon usuelle. Un modèle physique du transfert radiatif prenant en compte l'hétérogénéité et le relief du sol est développé dans une seconde partie. Ce modèle est basé sur l'amélioration de méthodes performantes, utilisées pour des sols plats, et prend en compte les nouvelles composantes dues à la topographie. Des hypothèses simplificatrices sont nécessairement introduites pour permettre ou optimiser le calcul du signal en entrée du capteur. La méthode de référence Monte Carlo est alors utilisée pour les valider. Enfin, dans une dernière partie, ce nouvel outil est utilisé pour évaluer les luminances observées dans une zone d'ombre. L'analyse porte essentiellement sur les variations spectrales des phénomènes de diffusion et de réflexions sur le relief avoisinant, afin d'estimer l'éventuel intérêt d'élargir la bande panchromatique classique vers les courtes longueurs d'onde pour améliorer la qualité du signal issu d'une zone d'ombre. Radiative transfer codes dealing with the earth-atmosphere system play a dominant role to understand and analyze the signal acquired by instruments. At present, the resolution of the radiative transfer problem is well performed by usual tools for simple ground conditions (flat and homogeneous). The objectives of this study consists of developing an efficient simulation method able to deal with both spatial heterogeneity and topography of ground surfaces. To this end, a Monte Carlo resolution method is in a first step carried out, in order to dispose of a reference code. This method is based on the statistical simulation of the paths of photons inside the earth-atmosphere system. The validity of the Monte Carlo code is checked thanks to existing radiative transfer code over simple ground surfaces, and also thanks to laboratory and top of atmosphere BRDF measurements. As such a resolution method requires very long computation times, it can not be used for operational tasks. A physical model of the radiative transfer is then developed in a second part of the work. This second code is based on classical and fast resolution methods that are extended in order to take into account relief and heterogeneity. The implementation of the physical model needs simplifying assumptions to allow and/or optimize the computation of the different components of the signal. These assumptions are then validated thanks to the Monte Carlo reference code. In a last part, this new code is applied to evaluate the radiance observed over a shaded area. The analysis is mainly devoted to the spectral variation of the scattering phenomena and the reflections on the neighborhood. The goal is to assess the interest in stretching the usual panchromatic spectral band towards short wavelengths in order to improve the signal coming from the shadow.
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