Une image satellite ne se lit pas comme une photographie. Elle couvre des kilomètres, se mesure en mètres par pixel, porte des bandes invisibles à l’oeil, et cette nature particulière commande tout ce qu’un projet d’annotation devra décider avant même de commencer.
Cet article ouvre une série de quinze chapitres consacrés à ce domaine.
Ce que ce support a de particulier
Six caractéristiques distinguent une image d’imagerie satellite d’une photographie ordinaire.
Chaque pixel correspond à une surface au sol parfaitement connue.
Chaque point porte une position géographique directement exploitable.
Les scènes couvrent des étendues qu’aucun cadrage ne vient resserrer.
Les capteurs enregistrent des bandes situées au-delà du visible.
La vue y est presque toujours verticale ou faiblement oblique.
Et la même zone se retrouve photographiée à des intervalles réguliers.
Une conséquence pratique importante en découle. La première caractéristique change tout le raisonnement, un objet ne se mesurant plus en pixels mais en mètres, ce qui rend la résolution disponible déterminante avant même de discuter de la méthode.
Les usages qui structurent le domaine
Six familles d’applications se rencontrent aujourd’hui en imagerie satellite.
La cartographie du bâti ainsi que des infrastructures.
Le suivi de l’occupation des sols ainsi que de ses changements.
L’observation agricole, des parcelles jusqu’aux états de culture.
La détection d’objets isolés, qu’il s’agisse d’installations ou d’équipements.
L’évaluation des dégâts survenus après un événement.
Et la surveillance environnementale conduite sur de longues périodes.
Une observation importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. Le deuxième usage se distingue des autres, un changement se détectant par comparaison entre deux dates plutôt que sur une image seule, ce qui impose un corpus construit par paires plutôt que par vues isolées.
Ce que la résolution détermine
Cinq conséquences découlent de la taille du pixel au sol en imagerie satellite.
Elle fixe la taille minimale d’un objet réellement identifiable.
Elle décide de la géométrie d’annotation qui reste employable.
Elle conditionne enfin la distinction entre deux objets voisins.
Elle influe directement sur le nombre d’objets par tuile.
Et elle détermine directement le coût d’acquisition de la donnée.
Une conséquence pratique s’ensuit. Ces cinq conséquences se cumulent au point de rendre la résolution le premier paramètre à fixer, un objet mesurant quelques pixels ne pouvant être délimité par aucun contour utile quelle que soit la compétence de l’annotateur.
Ce que le géoréférencement apporte
Cinq usages d’imagerie satellite découlent d’une position connue pour chaque pixel.
Superposer exactement plusieurs acquisitions d’une même zone.
Croiser l’imagerie avec des données cartographiques existantes.
Reporter une annotation directement dans un système d’information géographique.
Calculer des surfaces et des distances réellement mesurées.
Et répartir les jeux d’entraînement par zone géographique.
Une observation importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. Le dernier usage prévient un défaut fréquent, deux tuiles voisines se ressemblant fortement, ce qui rend une répartition aléatoire trompeuse et impose une séparation spatiale des jeux.
Ce que le tuilage impose
Cinq décisions structurent le découpage d’une scène.
La taille des tuiles, qui arbitre entre contexte visible et maniabilité.
Le recouvrement retenu entre deux tuiles adjacentes.
Le traitement réservé aux objets coupés par une limite de tuile.
La règle de comptage appliquée à ces objets partagés.
Et la reconstitution des annotations à l’échelle de la scène entière.
Une conséquence pratique importante en découle. La troisième décision revient à chaque projet, un bâtiment traversant deux tuiles étant annoté deux fois, une fois, ou selon une règle de bord qu’il faut écrire avant la production.
Ce que les géométries recouvrent
Cinq formes géométriques se rencontrent en imagerie satellite.
Le point simple, qui localise sans jamais dimensionner.
La boîte, adaptée aux objets à la fois isolés et compacts.
Le polygone, qui suit fidèlement l’emprise d’un bâtiment ou d’une parcelle.
La ligne, employée pour les réseaux et les voies de circulation.
Et le masque par classe, qui couvre l’intégralité de la surface.
Une observation en découle. La cinquième forme domine ce domaine bien plus qu’ailleurs, une scène satellite se décrivant souvent entièrement plutôt que par objets détachés, ce qui rapproche l’annotation d’une cartographie que d’une détection.
Ce que l’échelle de la scène change
Quatre effets accompagnent les étendues considérables de l’imagerie satellite.
Le nombre d’objets par scène atteint des ordres de grandeur inhabituels.
L’annotation exhaustive devient impraticable au-delà d’un certain seuil.
La sélection des zones effectivement traitées devient une étape à part entière.
Et la représentativité de ces zones conditionne ensuite tout le résultat.
Une conséquence pratique importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. Le dernier effet pèse davantage que le volume traité, des zones choisies pour leur lisibilité surreprésentant les situations faciles et produisant un corpus plus simple que le territoire qu’il prétend décrire.
Ce que les capteurs offrent
Cinq familles de capteurs alimentent aujourd’hui l’imagerie satellite.
L’optique en couleurs naturelles, de loin la plus lisible pour un annotateur.
Le multispectral, qui ajoute des bandes hors du visible.
L’hyperspectral, qui multiplie considérablement les bandes étroites.
Le radar, insensible aux nuages comme à l’absence de lumière.
Et le LiDAR aéroporté, qui restitue une véritable géométrie tridimensionnelle.
Une conséquence pratique importante en découle. La quatrième famille pose une difficulté propre, une image radar ne se lisant pas comme une photographie, ce qui rend l’annotation impossible sans formation spécifique et rare la compétence correspondante.
Ce que la temporalité apporte
Cinq usages découlent d’acquisitions répétées.
Détecter l’apparition ou bien la disparition d’un objet.
Suivre l’évolution d’une même surface au fil des saisons.
Distinguer un changement durable d’une simple variation passagère.
Dater précisément un événement entre deux acquisitions.
Et constituer une référence historique sur une zone donnée.
Une observation importante en découle. Le troisième usage exige une convention explicite, une parcelle nue pouvant traduire une récolte ou un abandon, distinction qui relève de la connaissance du terrain et non de l’image.
Aborder un projet d’imagerie satellite
Cinq questions cadrent un tel projet d’imagerie satellite.
Quelle est la taille minimale des objets visés. Elle fixe la résolution.
Le résultat porte-t-il sur une date ou sur un changement. Cela change tout.
La règle de bord de tuile est-elle écrite. Sinon les décomptes varient.
La séparation des jeux est-elle spatiale. Sinon la mesure trompe.
Et les zones traitées sont-elles représentatives. Leur choix pèse lourd.
Ces cinq réponses déterminent la faisabilité du projet. Les poser avant l’acquisition évite un corpus impeccable et inadapté à l’usage visé.
Ce que ce chapitre enseigne
Une observation transversale mérite de clore cet examen.
La résolution commande ce qu’aucune méthode ne rattrape.
Trois constats la composent.
Un objet de quelques pixels ne se délimite par aucun contour utile.
Deux tuiles voisines se ressemblent au point de fausser toute mesure de performance.
Et le choix des zones traitées pèse davantage que le volume annoté.
Ce constat ouvre les chapitres suivants, qui reprennent chacun un usage particulier.
Les erreurs les plus fréquentes
- Fixer un objectif de détection sans vérifier la résolution disponible.
- Répartir les jeux aléatoirement plutôt que par zone géographique.
- Laisser implicite la règle de traitement des objets coupés par une tuile.
- Choisir des zones d’annotation pour leur lisibilité.
- Confondre détection sur une date et détection de changement.
- Ignorer les bandes au-delà du visible lorsqu’elles sont disponibles.
- Annoter une scène entière quand un échantillonnage raisonné suffirait.
- Négliger le géoréférencement dans les données livrées.
- Employer une boîte là où l’emprise réelle est attendue.
- Comparer deux acquisitions sans vérifier leur superposition.
Ce que l’annotateur doit savoir ici
Cinq connaissances conditionnent un travail correct sur de l’imagerie satellite.
La lecture d’une vue verticale, qui n’a rien d’immédiat ni de naturel.
L’apparence des objets visés en fonction de la résolution disponible.
Les confusions les plus courantes entre classes d’occupation du sol.
Les conventions de tracé spécifiquement retenues pour le projet.
Et la règle de traitement appliquée aux objets coupés par une tuile.
Une observation importante en découle. La première connaissance surprend, une vue verticale supprimant les indices de forme et d’ombre auxquels la perception humaine est habituée, ce qui rend ce travail moins intuitif qu’il n’y paraît et impose une formation même sur des objets familiers.
Ce que la vérité de terrain exige ici
Cinq sources établissent une vérité de terrain en imagerie satellite.
Le relevé sur place, exact mais coûteux et très limité en étendue.
Les bases cartographiques existantes, très larges mais parfois périmées.
L’imagerie à plus haute résolution acquise sur les mêmes zones.
Les déclarations administratives, notamment dans un contexte agricole.
Et l’interprétation conduite par un photo-interprète expérimenté.
Une observation importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. La deuxième source est la plus employée et la plus trompeuse, une base cartographique décrivant l’état du territoire à sa date de production, ce qui fait passer pour des erreurs de modèle des constructions simplement plus récentes que la référence.
Ce que le référentiel de classes doit trancher
Cinq décisions structurent une nomenclature d’occupation du sol en imagerie satellite.
Le nombre de classes retenues ainsi que leur niveau de détail.
Le traitement des zones mixtes qu’aucune classe ne décrit à elle seule.
La limite entre deux classes voisines le long d’un dégradé continu.
Le sort réservé aux surfaces temporairement modifiées par la saison.
Et l’existence ou non d’une classe dédiée à l’indéterminé.
Une conséquence pratique importante en découle. La troisième décision revient constamment en imagerie satellite, une lisière boisée ou une frange périurbaine se dégradant progressivement d’une classe à l’autre, ce qui impose de fixer un critère observable plutôt que de laisser chaque annotateur placer la limite au jugé.
Trois décisions avant de commencer
Trois décisions engagent un projet d’imagerie satellite.
Vérifier que la résolution disponible permet d’identifier les objets visés.
Écrire la règle de traitement des objets coupés par une limite de tuile.
Et fixer une séparation spatiale des jeux plutôt qu’une répartition aléatoire.
Ces trois décisions coûtent une réunion, elles précèdent la première annotation, et leur absence produit un corpus impeccable et inadapté à l’usage visé.
Ce que les conditions d’acquisition modifient
Cinq facteurs changent l’apparence d’une même zone en imagerie satellite.
La couverture nuageuse, qui masque tout ou seulement partie de la scène.
L’angle solaire, qui allonge ou raccourcit les ombres portées.
La saison, qui modifie la végétation et donc les surfaces.
L’angle de prise de vue, qui décale les hauts des bâtiments.
Et le capteur employé, dont la restitution des couleurs varie sensiblement.
Une observation importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. Le quatrième facteur mérite attention, une prise oblique déportant le sommet d’un immeuble par rapport à son emprise au sol, ce qui oblige à décider si le contour annoté suit le toit visible ou la base du bâtiment.
La question qui cadre le projet
Une question détermine la nature du corpus en imagerie satellite.
Le résultat attendu décrit-il un état ou un changement.
Un état, occupation du sol à une date ou inventaire d’installations, se traite sur des vues isolées, ce qui autorise un corpus constitué d’acquisitions indépendantes.
Un changement, apparition d’un bâtiment ou recul d’une forêt, exige des paires d’acquisitions superposables, une convention sur ce qui constitue un changement et une couverture de plusieurs dates.
Cette question se pose avant l’acquisition, elle relève de l’usage et non de la technique, et elle sépare deux corpus dont ni la constitution ni le coût n’ont de commune mesure.
Trois vérifications sur un corpus satellite
Trois contrôles qualifient un dataset d’imagerie satellite.
La résolution effective des images, systématiquement rapportée à la taille des objets visés.
La règle de séparation entre entraînement et évaluation, spatiale ou aléatoire.
Et la répartition géographique effective des zones annotées.
Ces trois contrôles se posent en une question chacun, ils ne demandent aucun accès aux images, et leur absence indique un corpus dont la performance mesurée surestimera la capacité réelle du système.
Ce que le prestataire apporte ici
Quatre apports distinguent une prestation menée sur de l’imagerie satellite.
Des annotateurs formés à la lecture verticale, compétence qui ne s’improvise pas.
Un référentiel tranchant explicitement les limites entre classes voisines.
Une règle de bord de tuile appliquée sans variation entre opérateurs.
Et une capacité à traiter des volumes que l’étendue des scènes impose.
Une conséquence pratique importante en découle. Le premier apport pèse plus qu’on ne l’imagine, un opérateur expérimenté sur des photographies au sol restant novice devant une vue verticale, ce qui rend la spécialisation géospatiale plus déterminante que l’ancienneté générale en annotation.
Ce que ce chapitre laisse aux suivants
Ce panorama a posé les contraintes communes sans traiter aucun usage.
Trois questions restent ouvertes en imagerie satellite.
Comment décrire une scène entière plutôt que d’y détecter des objets.
Ce que chaque application ajoute comme exigence propre.
Et comment préparer techniquement des données avant toute annotation.
Ces trois questions relèvent des chapitres suivants, à commencer par la segmentation sémantique.
Ce que le volume de données impose
Cinq contraintes découlent du poids des fichiers en imagerie satellite.
Une seule scène atteint des tailles que les outils les plus courants gèrent mal.
Le transfert et le stockage deviennent eux-mêmes des postes à part entière.
Le tuilage sert alors autant la maniabilité que la méthode elle-même.
Les bandes multiples multiplient d’autant le poids d’une même surface.
Et le format de livraison conditionne entièrement la reprise par le client.
Une conséquence pratique importante en découle. La cinquième contrainte se règle mieux au cadrage qu’à la livraison, un client attendant des annotations directement exploitables dans son système géographique, ce qui rend le choix du format aussi déterminant que la qualité du tracé.
Ce que la couverture du corpus doit assurer
Six axes structurent un dataset d’imagerie satellite.
Les types de territoire couverts, du dense urbain au rural étendu.
Les régions géographiques traitées et leurs paysages propres.
Les saisons couvertes, dont l’effet sur les surfaces est considérable.
Les conditions atmosphériques ainsi que les couvertures nuageuses partielles.
Les capteurs employés ainsi que les résolutions obtenues.
Et les différents angles de prise de vue rencontrés.
Une observation importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. Le deuxième axe est le plus sous-estimé, un système entraîné sur un pays s’appliquant mal à un autre où les formes de bâti, les tailles de parcelles et les matériaux diffèrent, ce qui rend la diversité géographique plus déterminante que le volume total.
Ce que la mesure doit refléter
Cinq indicateurs décrivent la performance d’un système d’imagerie satellite.
La proportion d’objets détectés, systématiquement ventilée par taille apparente.
L’exactitude des contours obtenus, rapportée à une emprise de référence.
La performance mesurée par classe plutôt qu’une simple moyenne globale.
Le comportement observé sur des zones géographiques absentes de l’entraînement.
Et la stabilité des résultats obtenus entre deux dates d’acquisition.
Une conséquence pratique importante en découle. Le quatrième indicateur est le plus révélateur et le plus rarement produit, une performance mesurée sur des tuiles voisines de celles de l’entraînement ne disant rien de la capacité du système sur un territoire nouveau, alors que c’est précisément l’usage qui l’attend.
Ce que la disponibilité des données change
Quatre situations distinguent l’accès aux images en imagerie satellite.
Les programmes publics, gratuits mais limités à une résolution modérée.
Les opérateurs commerciaux, plus fins mais facturés à la surface.
Les acquisitions aériennes, très fines mais restreintes en emprise.
Et les archives existantes, disponibles mais aux caractéristiques imposées.
Une observation importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. La deuxième situation introduit un arbitrage absent des autres domaines, la surface couverte devenant elle-même un poste de dépense, ce qui rend le choix des zones à acquérir aussi économique que méthodologique.
Ce que le contexte réglementaire ajoute
Quatre contraintes se rencontrent selon la nature des données.
Des restrictions de diffusion portant sur certaines zones ou résolutions.
Des exigences de traçabilité portant sur qui a accédé à quoi.
Des obligations de localisation portant sur les traitements et le stockage.
Et des règles propres au commanditaire, qu’elles soient publiques ou contractuelles.
Une conséquence pratique importante en découle pour un projet d’imagerie satellite. Ces quatre contraintes se posent avant le choix du prestataire plutôt qu’après, un dispositif d’annotation devant s’y conformer dès la première image, ce qui restreint parfois le champ des solutions bien davantage que les considérations de coût.
Ce que le premier projet devrait viser
Quatre critères désignent un bon point de départ en imagerie satellite.
Des objets nettement plus grands que la résolution disponible.
Des limites franches plutôt qu’un dégradé progressif et continu.
Un référentiel comportant quelques classes seulement.
Et une vérité de terrain accessible sans campagne de relevé dédiée.
Une observation importante en découle. Ces quatre critères désignent souvent la détection d’installations isolées plutôt que la cartographie d’occupation du sol, un objet compact et bien contrasté se vérifiant à l’oeil alors qu’une nomenclature complète suppose de trancher des dizaines de limites avant même de produire la première tuile.
Ce que le vocabulaire du domaine recouvre
Cinq termes reviennent constamment dans un projet d’imagerie satellite.
La résolution spatiale, exprimée en mètres par pixel au sol.
L’emprise, qui désigne la surface couverte par une acquisition.
Le géoréférencement, qui rattache l’image à un système de coordonnées.
L’orthorectification, qui corrige les déformations dues au relief.
Et la nomenclature, qui désigne le référentiel de classes retenu.
Une observation importante en découle. Le quatrième terme recouvre une étape souvent supposée acquise, une image non corrigée présentant des décalages qui empêchent toute superposition fiable, ce qui en fait un préalable et non une option pour les projets qui croisent plusieurs sources.
Ce qu’il faut retenir
L’imagerie satellite impose ses contraintes avant toute décision de méthode.
Trois lectures se dégagent. La résolution fixe la taille minimale d’un objet identifiable et la géométrie employable, un objet de quelques pixels ne pouvant être délimité par aucun contour utile quelle que soit la compétence de l’annotateur, ce qui en fait le premier paramètre à arrêter. Deux tuiles voisines se ressemblent fortement, ce qui rend une répartition aléatoire des jeux trompeuse et impose une séparation spatiale que le géoréférencement rend possible. Et le choix des zones traitées pèse davantage que le volume annoté, des zones retenues pour leur lisibilité produisant un corpus plus simple que le territoire qu’il prétend décrire.
Pour la description complète d’une scène, l’article consacré à la segmentation sémantique détaille les méthodes. Pour la préparation des données, l’article sur la résolution et le tuilage expose les décisions. Pour l’économie d’un projet, l’article sur le coût de l’annotation satellite en détaille les postes.
Pour approfondir les modalités d’exécution, les formats pris en charge et les dispositifs de contrôle applicables, vous pouvez consulter notre page dédiée à l’annotation pour le géospatial. Et si vous préparez un projet d’imagerie satellite, échangeons sur votre besoin.
