Concours public visant à afiner les images prises par Proba-V
L’ESA met au défi des « scientifiques-citoyens » d’utiliser les dernières techniques en matière d’intelligence artificielle et de traitement d’image pour optimiser les images fournies par le mini satellite d’observation de la Terre Proba-V.
Proba-V est un petit satellite de l'ESA qui a été fabriqué en Belgique et qui fournit tous les deux jours une cartographie mondiale complète de la végétation.
L’optimalisation est un concept familier que l’on rencontre dans les télévisions modernes de type HD ou 4K. Un traitement de l’image est réalisé pour améliorer le rendu de séquences filmées en basse résolution et définition standard lorsque ces dernières sont lues sur des écrans en haute résolution.
Il s’agit cependant d’un traitement purement cosmétique. L’objectif de ce concours « super résolution » est d’améliorer la résolution spatiale des images d’observation de la Terre. Cela renvoie concrètement à la possibilité de distinguer plus clairement les objets de petite taille grâce à la combinaison de plusieurs images en basse résolution, de façon à en extraire des informations supplémentaires sur des caractéristiques détaillées du site observé.
« Proba-V est une mission intéressante car elle fournit deux types d’images aux chercheurs », explique Dario Izzo, de l’Advanced Concepts Team (ACT) qui supervise le concours au sein de l’ESA. L’instrument principal de Vegetation à fauchée large cartographie chaque jour 90 % de la surface de la Terre recouverte de végétation avec une résolution spatiale de 300 m. Il enregistre également une quantité limitée d’images à une résolution de 100 m.
« Donc, le défi que nous lançons est de prendre au moins neuf de ces images à 300 m de résolution d’un site particulier, de les combiner ensuite à l’aide de techniques de super résolution pour en améliorer la qualité au-delà des capacités de la caméra originale, et d’essayer de s’approcher le plus près possible des vues équivalentes prises avec la résolution de 100 m ».
Le concours a été préparé avec Jorg Versluys, ingénieur système à l’ESA pour Proba-V. Comme il l’explique, « l’instrument Vegetation à bord de Proba-V est composé de trois télescopes placés l’un à côté de l’autre, ce qui permet de fournir une résolution de 100 m dans le champs de vision central, et de 300 m sur les côtés. Il s’agit d’un cas unique où des images de résolutions différentes d’un même endroit au sol sont disponibles en utilisant le même instrument ».
« Ces images sont également géoréférencées à un niveau de précision du sous-pixel grâce à l’emploi de strartrackers et du GPS pour calculer précisément la position orbitale de Proba-V. Le tout allant de pair avec des réglages fins réalisés à l’aide des points de contrôles connus au sol ».
L’ACT a rassemblé un jeu de données de plus 1460 images prises par Proba-V couvrant 74 emplacement choisis à travers le globe.
« Pour 20 % de ce jeu de données, nous n’incluons pas d’images de 100 m de résolution », ajoute Marcus Märtens, lui aussi de l’ACT. « A la place, l’idée est que les participants au concours apprennent grâce aux données comment les reconstruire à partir des nombreuses images de 300 m de résolution et des plus de 80 % d’images de 100 m de résolution qui peuvent être utilisées comme références ».
« Nous aimerions savoir dans quelle mesure on peut comparer la performance des algorithmes de traitement traditionnels avec le machine learning moderne, où des réseaux neuronaux peuvent apprendre comment interpréter les images combinées ».
La super résolution se retrouve dans plusieurs applications terrestres, telles que l’amélioration de la résolution d’enregistrement de vidéosurveillance afin d’aider les logiciels de reconnaissance faciale ou l’imagerie médicale dans les hôpitaux. Pour ce qui concerne Proba-V, la super résolution pourrait contribuer à combler certains manques dans l’imagerie de 100 m de résolution, ce qui répond à un intérêt croissant des utilisateurs pour une couverture mondiale à une résolution de 100 m.
“Pour notre concours, nous avons choisi des régions qui sont majoritairement sans nuages, mais certains pixels seront toujours perdus à cause de la couverture nuageuse”, ajoute Marcus. « Les équipes devrons également faire face à des conditions atmosphériques et de luminosité différentes, ainsi qu’à des changements dans la végétation ou dans l’environnement bâti, jusqu’à un mois s’étant parfois écoulé entre deux prises de vue ».
Il s’agit du concours le plus récent organisé par l’ACT sur le site du concours Kelvins, appelé ainsi en référence à l’unité de mesure des températures, avec l’idée que les participants devraient viser à atteindre l’erreur la plus faible possible, aussi proche que possible du zéro absolu. Le jeu de données de Proba-V sera disponible ici à partir du lundi 15 octobre tandis que le concours commencera quant à lui le 1er novembre.
