Synthesis of landscape in the thermal infrared range for the simulation of remote sensing images
Synthèse de paysages dans l'infrarouge thermique pour la simulation d'images de télédétection
Résumé
Companies have already developed simulators of the image acquisition system in the thermal infrared range. Operating these simulators requires the knowledge of numerous parameters, including the landscape to observe. This landscape has to be simulated, a great difficulty because of the complexity of its behaviour. It follows that few simulators of landscapes were developed. This thesis palliates this shortcoming. A method is proposed that simulates images having high spatial resolution in the infrared range. A simulator has been designed and developed. Using a thermal and spectral modelling of the behaviour of the landscape, a classification of the different physical phenomena intervening in the signal was made. A very high accuracy in simulation is obtained by the means of the analysis and the computation of physical phenomena occurring at small scale (heat conduction, wind flow disturbance,...) and in three dimensions (shadows, reflections,...). A fine modelling of such processes is required. The originality of the thesis is the design of a method adapted to the synthesis of image in the infrared range. The method is based on radiosity. The landscape is modelled by the means of elements, that are entities permitting the prediction of the signal coming from the landscape. These elements are consistent with computational resource requirements: computation time and memory performance. They come from the concatenation of all constraints due to the geometry of the objects, their constitution (material), and the impact of the evolution of all physical phenomena in the landscape behaviour. These elements are a volume and temporal extension of facets, entity usually used in image synthesis for shorter wavelengths. Images obtained using such elements and the simulator are presented in the thesis.
Dans l'infrarouge thermique, des simulateurs de systèmes d'acquisition d'images existent déjà chez les industriels. Leur fonctionnement nécessite la connaissance de nombreux paramètres, dont celle du paysage à observer. Or, ce paysage doit lui-même être simulé. Du fait de la complexité de son comportement, peu de simulateurs de paysages ont été développés. Cette thèse tente de pallier à ce manque, en proposant une méthode de simulation adaptée à l'imagerie à haute résolution spatiale dans l'infrarouge thermique. Un simulateur a été conçu et développé. A l'aide d'une modélisation physique du comportement thermique et spectral du paysage, une classification des contributions des différents phénomènes physiques a pu être établie. Une simulation autorisant un haut degré de détails passe notamment par l'analyse et la prise en compte des phénomènes physiques à petite échelle (conduction, perturbations de l'écoulement du vent, ...) et à trois dimensions (ombrage, réflexions, ...) et implique la modélisation fine de ces phénomènes. L'originalité de la thèse réside dans la création d'une méthode de simulation, basée sur la radiosité, et adaptée à la synthèse d'images dans l'infrarouge thermique. Le paysage est modélisé à l'aide d'entités, les éléments, permettant de prédire précisément le signal provenant du paysage. Ces éléments sont compatibles avec les exigences matérielles informatiques qui imposent des limitations de temps de calcul et de ressources mémoires. Ils résultent de la concaténation des contraintes imposées par la géométrie des objets, par leur constitution (matériaux), et par la prise en compte de l'évolution temporelle des différents phénomènes physiques qui régissent le comportement du paysage. Ces éléments constituent une extension volumique et temporelle des facettes, entités communément utilisées pour la synthèse d'images dans les courtes longueurs d'onde. Des images obtenues en utilisant les éléments et le simulateur développé sont présentées dans la thèse.
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