REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

Télédétection du carbone organique des lacs boréaux

Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales.

Étude comparative des paramètres atmosphériques d'étoiles naines blanches déterminés par les techniques photométrique et spectroscopique

Ce mémoire présente une analyse comparative des paramètres atmosphériques obtenus à l’aide des techniques photométrique et spectroscopique. Pour y parvenir, les données photométriques et spectroscopiques de 1375 naines blanches de type DA tirées du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ainsi que les données spectroscopiques du Villanova White Dwarf Catalog ont été utilisées. Il a d’abord fallu s’assurer que les données photométriques et spectroscopiques étaient bien calibrées. L’analyse photométrique a démontré que la photométrie ugriz ne semblait pas avoir de problème de calibration autre que le décalage des points zéro, qui est compensé en appliquant les corrections photométriques appropriées. De plus, le fait que le filtre u laisse passer le flux à certaines longueurs d’onde dans le rouge ne semble pas affecter la détermination des paramètres atmosphériques. L’analyse spectroscopique a ensuite confirmé que l’application de fonctions de correction permettant de tenir compte des effets hydrodynamiques 3D est la solution au problème de log g élevés. La comparaison des informations tirées des données spectroscopiques des deux différentes sources suggère que la calibration des spectres du SDSS n’est toujours pas au point. Les paramètres atmosphériques déterminés à l’aide des deux techniques ont ensuite été comparés et les températures photométriques sont systématiquement plus faibles que celles obtenues à partir des données spectroscopiques. Cet effet systématique pourrait être causé par les profils de raies utilisés dans les modèles d’atmosphère. Une méthode permettant d’obtenir une estimation de la gravité de surface d’une naine blanche à partir de sa photométrie a aussi été développée.

Influence of presbyopic corrections on driving-related eye and head movements

Purpose: To investigate whether wearing different presbyopic vision corrections alters the pattern of eye and head movements when viewing and responding to driving-related traffic scenes. Methods: Participants included 20 presbyopes (mean age: 56.1 ± 5.7 years) who had no experience of wearing presbyopic vision corrections, apart from single vision (SV) reading spectacles. Each participant wore five different vision corrections: distance SV lenses, progressive addition spectacle lenses (PAL), bifocal spectacle lenses (BIF), monovision (MV) and multifocal contact lenses (MTF CL). For each visual condition, participants were required to view videotape recordings of traffic scenes, track a reference vehicle, and identify a series of peripherally presented targets. Digital numerical display panels were also included as near visual stimuli (simulating the visual displays of a vehicle speedometer and radio). Eye and head movements were measured, and the accuracy of target recognition was also recorded. Results: The path length of eye movements while viewing and responding to driving-related traffic scenes was significantly longer when wearing BIF and PAL than MV and MTF CL (both p ≤ 0.013). The path length of head movements was greater with SV, BIF, and PAL than MV and MTF CL (all p < 0.001). Target recognition and brake response times were not significantly affected by vision correction, whereas target recognition was less accurate when the near stimulus was located at eccentricities inferiorly and to the left, rather than directly below the primary position of gaze (p = 0.008), regardless of vision correction. Conclusions: Different presbyopic vision corrections alter eye and head movement patterns. The longer path length of eye and head movements and greater number of saccades associated with the spectacle presbyopic corrections may affect some aspects of driving performance.

Effect of presbyopic vision corrections on perceptions of driving difficulty

Objectives: As the population ages, more people will be wearing presbyopic vision corrections when driving. However, little is known about the impact of these vision corrections on driving performance. This study aimed to determine the subjective driving difficulties experienced when wearing a range of common presbyopic contact lens and spectacle corrections.----- Methods: A questionnaire was developed and piloted that included a series of items regarding difficulties experienced while driving under daytime and night-time conditions (rated on five-point and seven-point Likert scales). Participants included 255 presbyopic patients recruited through local optometry practices. Participants were categorized into five age-matched groups; including those wearing no vision correction for driving (n = 50), bifocal spectacles (n = 54), progressive spectacles (n = 50), monovision contact lenses (n = 53), and multifocal contact lenses (n = 48).----- Results: Overall, ratings of satisfaction during daytime driving were relatively high for all correction types. However, multifocal contact lens wearers were significantly less satisfied with aspects of their vision during night-time than daytime driving, particularly regarding disturbances from glare and haloes. Progressive spectacle lens wearers noticed more distortion of peripheral vision, whereas bifocal spectacle wearers reported more difficulties with tasks requiring changes of focus and those who wore no optical correction for driving reported problems with intermediate and near tasks. Overall, satisfaction was significantly higher for progressive spectacles than bifocal spectacles for driving.----- Conclusions: Subjective visual experiences of different presbyopic vision corrections when driving vary depending on the vision tasks and lighting level. Eye-care practitioners should be aware of the driving-related difficulties experienced with each vision correction type and the need to select corrective types that match the driving needs of their patients.

Influence of presbyopic corrections on driving-related eye and head movements

Purpose: To investigate whether wearing different presbyopic refractive corrections alters the pattern of eye and head movements when searching for dynamic targets in driving-related traffic scenes. Methods: Eye and head movements of 20 presbyopes (mean age = 56.2 ± 5.7 years), who had no experience of wearing presbyopic corrections or were unadapted wearers were recorded using the faceLABTM eye and head tracker, while wearing five different corrections: single vision lenses (SV), progressive addition lenses (PALs), bifocal spectacles (BIF), monovision and multifocal contact lenses (MTF CLs) in random order (within-subjects comparison). Recorded traffic scenes of suburban roads and expressways with edited targets were viewed as dynamic stimuli. Results: The magnitude of eye and head movements was significantly greater for SV, BIF and PALs than monovision and MTF CLs (p < 0.001). In addition, BIF wear led to more eye movements than PAL wear (p = 0.017), while PAL wear resulted in greater head movements than SV wear (p = 0.018). The ratio of eye to head movement was smaller for PALs than all other groups (p < 0.001). The number of saccades made to fixate a target was significantly higher for BIF and PALs than monovision or MTF CLs (p < 0.05). Conclusions: Different presbyopic corrections can alter eye and head movement patterns. Wearing spectacles such as BIF and PALs produced relatively greater eye and head movements and saccades when viewing dynamic targets. The impact of these changes in eye and head movement patterns may have implications for driving performance under real world driving conditions.

The effect of presbyiopic vision corrections on nighttime driving performance

Purpose. To investigate the effect of various presbyopic vision corrections on nighttime driving performance on a closed-road driving circuit. Methods. Participants were 11 presbyopes (mean age, 57.3 ± 5.8 years), with a mean best sphere distance refractive error of R+0.23±1.53 DS and L+0.20±1.50 DS, whose only experience of wearing presbyopic vision correction was reading spectacles. The study involved a repeated-measures design by which a participant's nighttime driving performance was assessed on a closed-road circuit while wearing each of four power-matched vision corrections. These included single-vision distance lenses (SV), progressive-addition spectacle lenses (PAL), monovision contact lenses (MV), and multifocal contact lenses (MTF CL) worn in a randomized order. Measures included low-contrast road hazard detection and avoidance, road sign and near target recognition, lane-keeping, driving time, and legibility distance for street signs. Eye movement data (fixation duration and number of fixations) were also recorded. Results. Street sign legibility distances were shorter when wearing MV and MTF CL than SV and PAL (P < 0.001), and participants drove more slowly with MTF CL than with PALs (P = 0.048). Wearing SV resulted in more errors (P < 0.001) and in more (P = 0.002) and longer (P < 0.001) fixations when responding to near targets. Fixation duration was also longer when viewing distant signs with MTF CL than with PAL (P = 0.031). Conclusions. Presbyopic vision corrections worn by naive, unadapted wearers affected nighttime driving. Overall, spectacle corrections (PAL and SV) performed well for distance driving tasks, but SV negatively affected viewing near dashboard targets. MTF CL resulted in the shortest legibility distance for street signs and longer fixation times.

The effect of Fe doping on adsorption of CO2/N2within carbon nanotubes : a density functional theory study with dispersion corrections

An ab initio density functional theory (DFT) study with correction for dispersive interactions was performed to study the adsorption of N2 and CO2 inside an (8, 8) single-walled carbon nanotube. We find that the approach of combining DFT and van der Waals correction is very effective for describing the long-range interaction between N2/CO2 and the carbon nanotube (CNT). Surprisingly, exohedral doping of an Fe atom onto the CNT surface will only affect the adsorption energy of the quadrupolar CO2 molecule inside the CNT (20–30%), and not that of molecular N2. Our results suggest the feasibility of enhancement of CO2/N2 separation in CNT-based membranes by using exohedral doping of metal atoms.

The journey of the role of religious faith in corrections : the case of circles of support and accountability

A renewal of interest has occurred in the relationship between religion, penal policy, and systems of criminal justice in different countries. This has been manifested in the development of religious programmes in prison and community settings. The subject has also precipitated a substantial body of empirical research, in addition to theorising the impacts of religion upon offending behaviour. However, specific faith‐based measures have attracted limited attention, mainly because of the empirical complexity of measuring the relationship between faith and behavioural change. These issues are addressed in this article by considering the recentlyemerged practice of Circles of Support and Accountability (COSA).

Corrections: Association of variants in MMEL1 and CTLA4 with rheumatoid arthritis in the Han Chinese population (Annals of the Rheumatic Diseases (2011) 70, (1793-1797))

Patrick Danoy, Meng Wei, Hadler Johanna, et al. Association of variants in MMEL1 and CTLA4 with rheumatoid arthritis in the Han Chinese population. Ann Rheum Dis 2011;70:1793–97. The following authors were listed as contributing equally to the study...

Cancellation of quadratically divergent mass corrections in globally supersymmetric spontaneously broken gauge theories

The one-loop quadratically divergent mass corrections in globally supersymmetric gauge theories with spontaneously broken abelian and non-abelian gauge symmetry are studied. Quadratically divergent mass corrections are found to persist in an abelian model with an ABJ anomaly. However, additional supermultiplets necessary to cancel the ABJ anomaly, turn out to be sufficient to eliminate the quadratic divergences as well, rendering the theory natural. Quadratic divergences are shown to vanish also in the case of an anomaly free model with spontaneously broken non-abelian gauge symmetry.

Do small-aperture presbyopic corrections influence the visual field?

Purpose To explore the effect of small-aperture optics, designed to aid presbyopes by increasing ocular depth-of-focus, on measurements of the visual field. Methods Simple theoretical and ray-tracing models were used to predict the impact of different designs of small-aperture contact lenses or corneal inlays on the proportion of light passing through natural pupils of various diameters as a function of the direction in the visual field. The left eyes of five healthy volunteers were tested using three afocal, hand-painted opaque soft contact lenses (www.davidthomas.com). Two were opaque over a 10 mm diameter but had central clear circular apertures of 1.5 and 3.0 mm in diameter. The third had an annular opaque zone with inner and outer diameters of 1.5 and 4.0 mm, approximately simulating the geometry of the KAMRA inlay (www.acufocus.com). A fourth, clear lens was used for comparison purposes. Visual fields along the horizontal meridian were evaluated up to 50° eccentricity with static automated perimetry (Medmont M700, stimulus Goldmann-size III; www.medmont.com). Results According to ray-tracing, the two lenses with the circular apertures were expected to reduce the relative transmittance of the pupil to zero at specific field angles (around 60° for the conditions of the experimental measurements). In contrast, the annular stop had no effect on the absolute field but relative transmittance was reduced over the central area of the field, the exact effects depending upon the natural pupil diameter. Experimental results broadly agreed with these theoretical expectations. With the 1.5 and 3.0 mm pupils, only minor losses in sensitivity (around 2 dB) in comparison with the clear-lens case occurred across the central 10° radius of field. Beyond this angle, sensitivity losses increased, to reach about 7 dB at the edge of the measured field (50°). The field results with the annular stop showed at most only a slight loss in sensitivity (≤3 dB) across the measured field. Conclusion The present theoretical and experimental results support earlier clinical findings that KAMRA-type annular stops, unlike circular artificial pupils, have only minor effects on measurements of the visual field.