ODEUR : Objet DEtection Using Radar images


Objet de la proposition :

L'objectif de ce projet est de développer un outil générique de détection d'objets à partir d'images radar très haute résolution (THE) du type de celle de la figure 1.


Figure 1: Image radar (© ONERA)
L'application concerne l'extraction d'items cartographiques spécifiques (routes, empreintes au sol du bâti, etc...) qui sont des objets d'intérêt tant pour des applications civiles que militaires. L'intérêt de travailler sur une image radar THR par rapport à une image optique à même résolution est que le radar est un capteur tout temps (on évite ainsi les problèmes dus aux nuages par exemple). Le problème principal de l'imagerie radar est le bruit impulsionnel qui est associé. Il faudra donc proposer de nouveaux modèles mathématiques fondés sur les processus ponctuels marqués pour résoudre le problème. Nous avons montré lors des Colors financées en 2005 et en 2007 que cette méthodologie, bien adaptée pour extraire des entités géométriques des images, peut s'appliquer à des domaines très variés comme l'extraction de filaments de galaxies (en 2005 avec l'OCA) ou le comptage des flamants roses (en 2007 avec la Tour du Valat). Le partenaire associé à cette nouvelle proposition est le centre ONERA de Salon de Provence avec qui nous n'avons jamais travaillé. Le directeur de ce centre nous a contacté après une présentation d'Ariana faite par J. Zerubia dans le cadre du pôle de compétitivité Pegase. L'ONERA ne peut actuellement financer un stage de Master, mais s'est engagé à déposer avec nous une demande de bourse de thèse PACA/ONERA si les résultats, issus de cette Color, étaient prometteurs. De plus, le directeur de l'ONERA Salon de Provence étant fortement impliqué dans le pôle de compétitivité Pegase, cela devrait conduire à des collaborations industrielles à plus long terme.

Equipes :

Ariana (projet commun INRIA/CNRS/UNSA, Sophia Antipolis) : le rôle du projet Ariana sera d'apporter son expertise sur les méthodes stochastiques pour l'analyse d'image et, tout particulièrement, pour les processus ponctuels marqués.   L'approche développée s'appuiera sur des travaux antérieurs consacrés à l'extraction d'objets en imagerie optique.

 Participants :                                    Josiane Zerubia (DR1 INRIA - responsable du projet Ariana et de cette COLORS)

     Xavier Descombes (CR1 INRIA - qui co-encadrera l'étudiant de Master)                                           

 
                    Onera (DEMR/SAR, Salon de Provence) : l'Onera fournira les données images du capteur RAMSES (non confidentielles). Elle participera  à l'élaboration de la modélisation, tant au niveau des données qu'au niveau des connaissances a priori. En outre, cette équipe validera les résultats obtenus.

            Participants :

                     Pascale Dubois-Fernandez (Chercheuse ONERA)

                                         Xavier Dupuis (Chercheur ONERA)


 

 Descriptif scientifique :

L'approche envisagée consiste à modéliser le problème dans un cadre stochastique. Nous définirons une distribution de probabilités sur un espace de configurations composées d'un ensemble d'objets aléatoires. Ce modèle contiendra un terme d'attache aux données permettant de localiser les objets recherchés dans la scène et des contraintes sur la géométrie des objets ainsi que sur leur répartition sur le support de l'image. Depuis quelques années, nous avons développé ce type d'approche en nous fondant sur les processus ponctuels marqués. La solution recherchée, correspondant à la configuration qui maximise la distribution définie, sera obtenue par un algorithme de recuit simulé fondé sur une méthode de MCMC (Markov chain Monte Carlo) à sauts réversibles de type Metropolis-Hastings. Nous avons récemment proposé une alternative à ce schéma, fondée sur une dynamique de naissances et morts multiples dans le plan continu, s'avérant potentiellement plus efficace en terme de temps de calcul.

Dans ce contexte, l'objectif de cette collaboration est de prendre en compte la spécificité du signal radar très haute résolution. Dans un premier temps, il s'agira d'intégrer dans la densité définissant le processus ponctuel marqué un modèle du bruit radar. Pour ce faire, on comparera différents types de modélisation. Dans un second temps, les modèles proposés pour l'imagerie optique seront modifiés afin de prendre en compte la géométrie radar. L'algorithme d'optimisation se fondera alors sur un processus de naissances et morts multiples. La méthodologie ainsi développée sera déclinée sur une application précise consistant en la détection d'un item cartographique particulier. La validation se fera sur des images radar très haute résolution des régions de Fos sur Mer et des Baux de Provence. Cette validation sera menée conjointement avec l'Onera de Salon de Provence.

Budget demandé :

1 stagiaire sur 6 mois : 9200 euros

1 Conférence internationale : 2500 euros

3 missions Nice-Salon de Provence  : 600 euros

1 cours séjour Salon de Provence : 400 euros

2 missions Salon de Provence-Nice : 400 euros

Soit au total : 13100 euros sur 12 mois

Actions Colors antérieures du projet Ariana :

    Déconvolution (2002) : Déconvolution d'images astronomiques et satellitaires par paquets d'ondelettes complexes.
                Thématique et méthodologie différentes de la présente proposition. Cette action a débouchée sur un autre stage (internship) financé par l'OCA l'année suivante avec une étudiante du professeur Rob Nowak de Rice University aux USA. Responsable : Laure Blanc Féraud.

    Arbres (2003) : Reconnaissance assistée par ordinateur d'arbres et de forêts sur images numériques à haute ou très haute résolution.
                Thématique différente de la présente proposition. Cette action a débouchée sur des publications internationales et une thèse, puis sur l'ARC Mode de Vie et enfin sur un contrat de 3 ans, en cours, avec l'Inventaire Forestier National. Responsable : Xavier Descombes.

    FIGARO (2005) : détection de FIlaments de GAlaxies par Reconnaissance d'Objets.
                 Thématique différente de la présente proposition. Cette action a débouché sur une publication internationale.  Responsable : Xavier Descombes.

FLAMANTS (2007) : détection de flamants roses en vue de leur dénombrement. Cette étude va se prolonger par un second stage de master sur le comptage de manchots royaux en 2008. Les résultats obtenus lors de cette Colors ont conduit, à des publications dans des conférences internationales et à un RR INRIA, mais également à un transfert du logiciel FLAMINGO (sous CECILL C) au CNES et à la Tour du Valat en 2007,  et très prochainement en Tunisie (fin décembre 2007) dans une station biologique près de Carthage. Thématique différente de la présente proposition. Responsable : Xavier Descombes.