Caractérisation des occupations du sol en milieu urbain par imagerie radar

Cette étude vise à tester la pertinence des images RSO - de moyenne et de haute résolution - à la caractérisation des types d’occupation du sol en milieu urbain. Elle s’est basée sur des approches texturales à partir des statistiques de deuxième ordre. Plus spécifiquement, on recherche les paramètres de texture les plus pertinents pour discriminer les objets urbains. Il a été utilisé à cet égard des images Radarsat-1 en mode fin en polarisation HH et Radarsat-2 en mode fin en double et quadruple polarisation et en mode ultrafin en polarisation HH. Les occupations du sol recherchées étaient le bâti dense, le bâti de densité moyenne, le bâti de densité faible, le bâti industriel et institutionnel, la végétation de faible densité, la végétation dense et l’eau. Les neuf paramètres de textures analysés ont été regroupés, en familles selon leur définition mathématique. Les paramètres de ressemblance/dissemblance regroupent l’Homogénéité, le Contraste, la Similarité et la Dissimilarité. Les paramètres de désordre sont l’Entropie et le Deuxième Moment Angulaire. L’Écart-Type et la Corrélation sont des paramètres de dispersion et la Moyenne est une famille à part. Il ressort des expériences que certaines combinaisons de paramètres de texture provenant de familles différentes utilisés dans les classifications donnent de très bons résultants alors que d’autres associations de paramètres de texture de définition mathématiques proches génèrent de moins bons résultats. Par ailleurs on constate que si l’utilisation de plusieurs paramètres de texture améliore les classifications, la performance de celle-ci plafonne à partir de trois paramètres. Malgré la bonne performance de cette approche basée sur la complémentarité des paramètres de texture, des erreurs systématiques dues aux effets cardinaux subsistent sur les classifications. Pour pallier à ce problème, il a été développé un modèle de compensation radiométrique basé sur la section efficace radar (SER). Une simulation radar à partir du modèle numérique de surface du milieu a permis d'extraire les zones de rétrodiffusion des bâtis et d'analyser les rétrodiffusions correspondantes. Une règle de compensation des effets cardinaux fondée uniquement sur les réponses des objets en fonction de leur orientation par rapport au plan d'illumination par le faisceau du radar a été mise au point. Des applications de cet algorithme sur des images RADARSAT-1 et RADARSAT-2 en polarisations HH, HV, VH, et VV ont permis de réaliser de considérables gains et d’éliminer l’essentiel des erreurs de classification dues aux effets cardinaux.

This study aims to test the relevance of medium and high-resolution SAR images on the characterization of the types of land use in urban areas. To this end, we have relied on textural approaches based on second-order statistics. Specifically, we look for texture parameters most relevant for discriminating urban objects. We have used in this regard Radarsat-1 in fine polarization mode and Radarsat-2 HH fine mode in dual and quad polarization and ultrafine mode HH polarization. The land uses sought were dense building, medium density building, low density building, industrial and institutional buildings, low density vegetation, dense vegetation and water. We have identified nine texture parameters for analysis, grouped into families according to their mathematical definitions in a first step. The parameters of similarity / dissimilarity include Homogeneity, Contrast, the Differential Inverse Moment and Dissimilarity. The parameters of disorder are Entropy and the Second Angular Momentum. The Standard Deviation and Correlation are the dispersion parameters and the Average is a separate family. It is clear from experience that certain combinations of texture parameters from different family used in classifications yield good results while others produce kappa of very little interest. Furthermore, we realize that if the use of several texture parameters improves classifications, its performance ceils from three parameters. The calculation of correlations between the textures and their principal axes confirm the results. Despite the good performance of this approach based on the complementarity of texture parameters, systematic errors due to the cardinal effects remain on classifications. To overcome this problem, a radiometric compensation model was developed based on the radar cross section (SER). A radar simulation from the digital surface model of the environment allowed us to extract the building backscatter zones and to analyze the related backscatter. Thus, we were able to devise a strategy of compensation of cardinal effects solely based on the responses of the objects according to their orientation from the plane of illumination through the radar's beam. It appeared that a compensation algorithm based on the radar cross section was appropriate. Some examples of the application of this algorithm on HH polarized RADARSAT-2 images are presented as well. Application of this algorithm will allow considerable gains with regard to certain forms of automation (classification and segmentation) at the level of radar imagery thus generating a higher level of quality in regard to visual interpretation. Application of this algorithm on RADARSAT-1 and RADARSAT-2 images with HH, HV, VH, and VV polarisations helped make considerable gains and eliminate most of the classification errors due to the cardinal effects.