Nous choisissons donc de travailler dans cette thèse sur la bande C, en cherchant à exploiter les caractéristiques de la rétrodiffusion des rizières, à savoir le rapport de polarisation
HH/VV et l’augmentation temporelle de la rétrodiffusion en co-polarisation. Nous voulons
privilégier l’emploi de données de large fauchée afin de couvrir de larges zones, en contrepartie d’une résolution moyenne. Le mode d’acquisition ScanSAR, implémenté pour la première fois sur RADARSAT-1, permet d’obtenir des images sur des fauchées de l’ordre de 400 à 500km. Ce mode est actuellement disponible en bande C sur RADARSAT-1 et 2, avec les modes ScanSAR étroit et ScanSAR large qui offrent des données sur une fauchée de 300km et 500km respectivement, avec une résolution d’environ 50m et 100m, et sur ASAR, avec le mode Wide-Swath qui opère sur une fauchée de 400km avec une résolution de 150m. Dans le futur, la constellation Sentinel-1 en sera également équipée. Le calcul du rapport de polarisation HH/VV nécessite d’avoir des images qui présentent les deux co-polarisations HH et VV (polarisations jumelles). Beaucoup d’instruments qui fournissent des données en double polarisation le font cependant en polarisations duales, c’est-à-dire une co-polarisation et une polarisation croisée (HH et HV ou VV et VH), car ces combinaisons permettent de n’émettre qu’en une seule polarisation (H ou V), et de recevoir en deux polarisations, alors que l’acquisition en polarisations jumelles nécessite d’émettre les deux polarisations et de recevoir les deux, et donc de disposer d’une bande passante beaucoup plus élevée. A l’heure actuelle, en bande C, seul ASAR propose l’acquisition de polarisations jumelles dans son mode Alternating Polarisation, avec une fauchée d’environ 100km et une résolution de 30m. Le mode polarimétrique de RADARSAT-2 permet toutefois d’avoir de fait les deux polarisations HH et VV, mais la fauchée est réduite à 25km, ce qui est trop limitant pour les applications envisagées.
Nous avons privilégié l’utilisation de l’instrument ASAR, et plus particulièrement son mode Alternating Polarisation pour l’exploitation du rapport de polarisation et son mode Wide-Swath pour l’exploitation de l’augmentation temporelle de la rétrodiffusion. Les méthodes
38 développées avec ces données peuvent néanmoins être appliquées aux instruments actuels et futurs présentant des caractéristiques semblables.
Afin de mesurer l’augmentation saisonnière ou la différence en polarisation de la rétrodiffusion, nous pouvons faire appel à des méthodes de détection dechangement. Rignot et van Zyl (1993) ont montré que la détection du changement entre deux dates devait être estimée de préférence par l’intermédiaire du rapport d’intensité entre les deux images, plutôt que par leur différence. En effet, ils ont calculé les erreurs de détection théoriques associées à des méthodes de classification utilisant un seuil sur ces opérateurs et ont constaté que dans le cas de la différence, contrairement au rapport, l’erreur commise pour un seuil donné dépendait non seulement de la valeur de la différence mais aussi de la valeur de l’intensité des deux images dont on fait la différence. L’opérateur différence n’est donc pas adapté aux statistiques des images SAR. C’est aussi pour cette raison que l’on utilise le rapport HH/VV plutôt que la différence HH-VV pour mesurer l’écart d’intensité entre les deux co-polarisations.
Pour les deux approches envisagées, changement temporel et rapport de polarisation, des
rapports d’intensité SAR entrent en jeu. Nous pouvons donc développer une méthodologie
commune à ces deux approches.
Dans la première étape du travail, une étude statistique du rapport d’intensité d’images SAR est effectuée, et un modèle d’erreur relatif aux méthodes de classification reposant sur un seuillage d’un tel rapport est développé et décrit dans le Chapitre 3 (article). Dans cet article, les paramètres du système SAR susceptibles d’induire une imprécision dans la mesure radar (notamment les erreurs d’étalonnage) sont pris en comptes et leur effet sur la précision de la classification est étudié. Cette étude permet, d’une part, de déterminer pour quelles applications et dans quelles conditions une classification performante est possible à partir d’images d’un instrument donné, et d’autre part, d’émettre des recommandations pour la définition des futurs systèmes SAR.
Dans un second temps, une fois ce cadre formel mis en place, les méthodes de cartographie des rizières sont développées.
39 Une première méthode utilisant le rapport de polarisation HH/VV est mise au point à partir d’un jeu de données Alternating Polarization Precision image (APP) de l’instrument ASAR, et validée sur une province du Delta du Mékong au Vietnam. Cette méthode novatrice fait l’objet du Chapitre 4 (article). Elle est adaptée au suivi précis des rizières à une échelle locale ou régionale.
Une seconde méthode de cartographie des rizières a été conçue à partir de données Wide-Swath Monitoring (WSM) du radar ASAR. Elle est basée sur la détection du changement temporel de la rétrodiffusion HH, et a été validée sur l’ensemble du Delta du Mékong.
Des méthodes de cartographie des rizières ont déjà été développées à partir du changement temporel estimé par un rapport d’intensité issu de données ERS et RADARSAT, donc sur une faible plage d’incidences et sur une petite zone à chaque fois, avec une fauchée d’une centaine de kilomètres, par exemple par Le Toan et al. (1997), Ribbes et Le Toan (1999), Chen et McNairn (2006), Liew et al. (1998), Lam Dao et al. (2005). Néanmoins la généralisation de la méthode reste à faire pour le cas des fauchées plus larges présentant une variation importante de l’angle d’incidence au sein de l’image.
La méthode est présentée dans le Chapitre 5 (article), et est destinée plus particulièrement aux applications aux échelles régionale à continentale.
Ces trois chapitres sont précédés d’un chapitre introductif (Chapitre 2) qui décrit le fonctionnement d’un SAR, la formation d’une image radar et ses propriétés statistiques. Les paramètres du système susceptible d’affecter la qualité de l’image sont également présentés. Ce chapitre permet d’introduire des notions utiles à la compréhension des chapitres suivants, et notamment du Chapitre 3.
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Chapitre 2
Principes de l’imagerie radar à synthèse d’ouverture
II