SAR

Le SAR, radar à synthèse d’ouverture, produit une imagerie acquise par un instrument qui émet son propre signal hyperfréquence et mesure ce qui lui revient. Deux propriétés lui valent une sous-boîte à outils dédiée.

Il voit à travers les nuages et fonctionne de nuit, ce qui en fait la source de référence pour la cartographie des inondations, pour la surveillance des régions tropicales et pour toute urgence où l’on ne peut pas attendre un ciel dégagé.

Et il mesure la structure plutôt que la couleur. Le signal rétrodiffusé dépend de la rugosité, de la géométrie et de l’humidité : une surface d’eau lisse revient presque noire, un couvert forestier revient clair et diffus, et un bâtiment face au capteur revient très clair par double rebond.

Le chatoiement, et pourquoi tout traitement commence par un filtre

Les images radar présentent du chatoiement (speckle), une texture granuleuse de type poivre et sel qui n’est pas du bruit au sens ordinaire, mais l’interférence des nombreux diffuseurs présents dans chaque cellule de résolution. Il est inhérent à la technique et met en échec tout classificateur appliqué directement.

Le chatoiement est multiplicatif, c’est-à-dire qu’il varie proportionnellement au signal, et c’est pourquoi les filtres de lissage ordinaires de Filtres le traitent mal. Les filtres présentés ici sont conçus pour lui.

Filtre	Caractère
Lee Filter	Le classique. S’adapte aux statistiques locales, préserve raisonnablement les contours.
Refined Lee Filter	Ajoute une analyse directionnelle, pour que les contours et les éléments fins survivent mieux. La recommandation habituelle.
Enhanced Lee Filter	Estimation affinée de la variance et échelles multiples. Le plus puissant de la famille.
Frost Filter	Pondération à amortissement exponentiel fondée sur les statistiques locales. Bonne préservation des détails.
Kuan Filter	Proche de Lee, avec une autre dérivation des poids.
Gamma Map Filter	Suppose explicitement une distribution Gamma, qui convient bien aux statistiques radar.

Commencez par Refined Lee. Comparez le résultat à l’original au zoom maximal : un filtre qui a supprimé le chatoiement, et les limites des parcelles avec lui, était trop fort.

Décompositions polarimétriques

Le radar peut émettre et recevoir selon différentes polarisations. Une acquisition en polarimétrie complète (quad-pol) contient assez d’information pour déterminer quel type de diffusion s’est produit dans chaque pixel, ce qui est bien plus informatif que la seule luminosité.

Freeman Durden Decomposition décompose le signal en trois mécanismes physiques : la diffusion de surface, typique du sol nu et de l’eau, le double rebond, typique des bâtiments et des forêts inondées, et la diffusion de volume, typique du couvert végétal. Affichée en composition RVB, elle se lit presque comme une carte d’occupation du sol.

Cloude Pottier Decomposition dérive l’entropie, l’anisotropie et l’angle alpha, l’espace de paramètres standard pour décrire les mécanismes de diffusion.

Yamaguchi 4component Decomposition ajoute une quatrième composante pour la diffusion hélicoïdale rencontrée dans les zones urbaines complexes.

H Alpha Wisart Classification et Wisart Iterative Clustering classifient ensuite le résultat, le premier en partitionnant l’espace entropie-alpha en zones définies physiquement, le second par regroupement itératif avec la distance de Wishart, adaptée aux données polarimétriques.

Tous les outils

Outil	Ce qu’il fait
Lee Filter	Réduction du chatoiement selon le modèle multiplicatif de Lee.
Refined Lee Filter	Filtrage de Lee avec analyse directionnelle, pour une meilleure préservation des contours.
Enhanced Lee Filter	Filtrage de Lee avec estimation affinée de la variance et échelles multiples.
Frost Filter	Réduction du chatoiement par pondération locale à amortissement exponentiel.
Kuan Filter	Réduction du chatoiement par des poids adaptés localement.
Gamma Map Filter	Réduction du chatoiement en supposant une distribution Gamma.
Freeman Durden Decomposition	Décompose des données en polarimétrie complète en diffusion de surface, double rebond et diffusion de volume.
Cloude Pottier Decomposition	Dérive l’entropie, l’anisotropie et l’angle alpha à partir de la matrice de cohérence.
Yamaguchi 4component Decomposition	Décomposition à quatre composantes incluant la diffusion hélicoïdale.
H Alpha Wisart Classification	Classification non supervisée dans l’espace entropie-alpha, affinée par regroupement de Wishart.
Wisart Iterative Clustering	Regroupement non supervisé itératif avec la distance de Wishart.

Remarques

Sentinel-1 est gratuit. Le programme européen Copernicus distribue gratuitement une imagerie SAR de toute la planète, renouvelée tous les quelques jours. C’est le point de départ pratique pour quiconque veut essayer ces outils.

Les décompositions exigent des données en polarimétrie complète. Freeman Durden, Cloude Pottier et Yamaguchi attendent une acquisition entièrement polarimétrique. Un produit en double polarisation, ce que Sentinel-1 livre habituellement, permet les filtres de chatoiement et certaines décompositions, mais pas toutes.

Le relief déforme le radar. En montagne, les versants tournés vers le capteur sont comprimés et ceux qui lui tournent le dos sont étirés ou masqués. Un produit radar doit être corrigé des effets du relief avant d’être comparé à quoi que ce soit.