Développement d’un simulateur de scènes synthétiques pour l’Observation de la Terre

Toulouse Stage (6 mois)

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À propos de Magellium Artal Group

Magellium (Groupe Artal), avec ses 300 collaborateurs, est un acteur indépendant, spécialiste sur la chaîne 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.  

Le poste

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.

 

CONTEXTE


Le développement d’une mission satellite pour l’Observation de la Terre consiste en plusieurs phases qui vont de la conception de la mission au lancement et opérations. Les premières phases concernent la consolidation des exigences techniques ainsi que l’implémentation, test et optimisation des algorithmes de traitement d’image pour évaluer la performance de la mission. Dans ce contexte, des outils informatiques nommées end-to-end mission performance simulators (E2ES, Vicent et al. 2016) sont développées par des différents agences spatiales (ESA, NASA, CNES…) afin d’analyser les différents concepts de mission. Ces outils informatiques sont divisés en modules qui simulent : (1) la géométrie d’acquisition, (2) le transfert radiatif entre la surface et l’atmosphère terrestre, et (3) l’acquisition du signal par des satellites. Dans un point de vue du traitement d’images, ces E2ES permettent de tester et d’optimiser des algorithmes avec des données synthétiques avant que le satellite soit en orbite.

 

Même si le concept d’un E2ES est simple, leur implémentation est un défi qui implique des activités de réingénierie complexes et coûteuses. D'une part, les efforts déployés dans le développement de concepts E2ES génériques ont eu une applicabilité limitée en raison (1) des approximations sur les algorithmes implémentés et les simulations de transfert radiatif et des instruments ; et (2) la limitation dans la variabilité de scénarios simulés et des types d'instruments. D'autre part, certaines missions de télédétection par satellite ont mis en place leur propre E2ES spécifique qui peut difficilement être adapté aux nouvelles missions développées. Pour ces raisons, un E2ES générique pouvant être appliqué à la plupart des missions satellitaires de télédétection est un des objectifs principaux des agences spatiales.

 

Si bien le développement d’un E2ES générique est loin de pouvoir être développé dans un sujet de stage, le développement d’un simulateur simplifiée (mais réaliste, p.ex. Tenjo et al. 2017) peut être un outil intéressant pour tester et développer certains algorithmes de traitement d’images comme la calibration d’images ou la correction atmosphérique parmi d’autres.

 

SUJET  Développement d’un simulateur de scènes synthétiques pour l’Observation de la Terre


L’objectif de ce stage sera de développer un simulateur d’images synthétiques à partir de l’utilisation d’images satellite (Sentinel-2) et des codes de transfert radiatif atmosphérique. Le stage se focalisera plus particulièrement sur la simulation d’images hyperspectrales pour la future mission CHIME de l’ESA, ce qui entraine l’application des concepts comme l’hyper-résolution, la modélisation des capteurs et l’utilisation des données météorologiques/climatologiques.


Vous aurez pour objectifs :

  • Révision bibliographique sur le domaine des simulateurs d’image pour des satellites, ainsi que pour les concepts physiques (transfert radiative) et les outils informatiques (codes de transfert, émulateurs) à utiliser pendant le stage,
  • Implémentation d’un simulateur d’images dans la boîte à outils ALG (Vicent et al. 2020). En particulier :
  • Sélection des images Sentinel-2 et téléchargement automatique via API (https://scihub.copernicus.eu/),
  • Implémentation de techniques d’hyper-résolution spectrale (émulateurs, Vicent et al. 2021) pour la simulation d’une référence hyperspectrale,
  • Simulation d’une base de données atmosphérique pour le transfert radiatif,
  • Simulation simplifié d’un instrument optique,
  • Validation : génération d’une image synthétique pour les missions Sentinel-2 et Sentinel-3 et comparaison avec des données réels,
  • Application : génération d’une image synthétique pour la future mission CHIME.

 

Les travaux seront réalisés en Matlab. Vous travaillerez en collaboration active avec les experts en simulateurs end-to-end (E2ES), transfert radiatif atmosphérique et Machine Learning pour définir le plan travail, développer l’outil et générer les données. Vous devrez être autonome dans leur mise en œuvre.

Profil recherché

Etudiant(e) en cursus universitaire ou en école d'ingénieur et préparant un diplôme de niveau Bac+5 dans le domaine de la télédétection, physique, traitement d’images, machine learning ou informatique, vous êtes intéressé(e) et motivé(e) pour réaliser une thèse à la suite du stage. Vous avez une expérience prouvée en programmation numérique (de préférence Matlab) et disposez d’un bon bagage physique (transfert radiative), mathématique (méthodes statistiques) et connaissances sur l’Observation de la Terre (mission satellites).


Mots clés : Simulation d’images, télédétection, satellites, transfert radiatif

Mots clés informatiques : Matlab


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 des collaborations avec des laboratoires. Vous faire aussi des contacts avec plusieurs instituts de recherche nationaux et internationaux (p.ex. l’Univ. de Valencia – Espagne).

Toulouse
Stage (6 mois)
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