Mesure de déplacement co-sismique par corrélation d images optiques

Mesure de déplacement co-sismique par corrélation d images optiques Ana-Maria ROSU (IPGP) Marc PIERROT-DESEILLIGNY (IGN) Renaud BINET (CEA) Arthur DELORME (IPGP) Yann KLINGER (IPGP) Télécom ParisTech, 7 juin 2012

Sommaire 1 Cadre du projet 2 Problématique Introduction Les corrélateurs d aujourd hui 3 avec déformation discontinue avec déformation élastique Cas réel : corrélation sur des images avec un déplacement co-sismique 4 Conclusions

Cadre du projet 1 Cadre du projet 2 Problématique 3 4 Conclusions

Cadre du projet Cadre du projet Projet CNES Calcul de la topographie et mesures de déformation en sciences de la Terre Collaboration : IPGP, unité Tectonique et Mécanique de la Lithosphère (Ana-Maria Rosu, Arthur Delorme et Yann Klinger) IGN (Marc Pierrot-Deseilligny) CEA (Renaud Binet)

Cadre du projet Exemple (faille Salar del Carmen, Chili) : rupture en surface : 6km profondeur : 4m déplacements : vertical : 60cm horizontal : 80cm mesurer le détail de ce déplacement Faille Salar del Carmen (Chili)

Problématique 1 Cadre du projet 2 Problématique Introduction Les corrélateurs d aujourd hui 3 4 Conclusions

Problématique Introduction Problématique corrélation sub-pixellaire d images optiques avant et après l événement mesurer le champ de déformation du sol corrélateurs utilisés jusque-là : COSI-Corr ou le corrélateur du CEA MicMac (IGN) Objectif : valider les apports de MicMac dans ce cadre et quantifier les améliorations possibles, orienter le dévelopement

Problématique Les corrélateurs d aujourd hui Les corrélateurs d aujourd hui COSI-Corr corrélation sub-pixel dans le domaine fréquentiel module intégré dans ENVI gratuit, mais pas libre développé par CALTECH : http://www.tectonics.caltech.edu/slip_history/ spot_coseis/index.html Corrélateur du CEA même fonctionnement que COSI-Corr corrélation sub-pixel dans le domaine fréquentiel accessible à l IPGP via un accord IDL, ENVI

Problématique Les corrélateurs d aujourd hui MicMac corrélation sub-pixel multi-images dans le domaine spatial approche multi-résolution en cours de développement par l IGN (Marc Pierrot-Deseilligny) : http://www.micmac.ign.fr/ libre et gratuit, sous licence CeCILL-B

1 Cadre du projet 2 Problématique 3 avec déformation discontinue avec déformation élastique Cas réel : corrélation sur des images avec un déplacement co-sismique 4 Conclusions

Intérêt : la déformation à retrouver est imposée, connue Types d images synthétiques utilisées : 1 avec déformation discontinue 2 avec déformation élastique - plus proche de la problématique tectonique

1. avec déformation discontinue Objectif : tests interpolateurs MicMac comparaison entre corrélateurs choix interpolateur MicMac Même image de départ pour créer les images avec et sans déformation

comparaison entre corrélateurs MicMac - paramétrage qui s approche au plus près de celui du corrélateur CEA (donc pas de paramètres d optimisation, pas de régularisation) Parallaxes en colonne : CEA (à gauche), MicMac avec interpolateur sinus cardinal (à droite)

2. avec déformation élastique décrochement généré avec le module Coulomb en MatLab amplitude du déplacement en décrochement : 0.5px Intérêt : quantification du degré de restitution de la déformation dans un cas proche des problématiques de la tectonique Parallaxes théoriques en colonne et en ligne

2. avec déformation élastique décrochement généré avec le module Coulomb en MatLab amplitude du déplacement en décrochement : 0.5px Intérêt : quantification du degré de restitution de la déformation dans un cas proche des problématiques de la tectonique Parallaxes théoriques en colonne

Images sans diachronisme incluant le décrochement synthétique cas le plus simple, étude de la déformation sans bruit de diachronisme application de la déformation sur une même image Intérêt : quantifier facilement le degré de restitution de la déformation calculée par chaque corrélateur et le comparer à la vérité terrain

Images sans diachronisme incluant le décrochement synthétique Profils le long d une ligne sur les images de parallaxe en colonne : taille fenêtre de corrélation = 32px taille fenêtre de corrélation = 8px

Images avec diachronisme deux ortho-images diachroniques SPOT4 et SPOT2 sans déformation dans un premier temps - tests de quantification de bruit entre ces deux images corrélateur du CEA MicMac grandes disparités locales de l ordre de 0.1px, gênant pour l interprétation des résultats

Images avec diachronisme incluant le décrochement synthétique Introduction de la déformation élastique dans une des images diachroniques Profils le long d une ligne sur les images de parallaxe en colonne : taille fenêtre de corrélation = 32px taille fenêtre de corrélation = 8px

Mesure de de placement co-sismique par corre lation d images optiques De veloppement me thodologique et applications Images synthe tiques Images avec diachronisme incluant le de crochement synthe tique Introduction de la de formation e lastique dans une des images diachroniques Profils le long d une ligne sur les images de parallaxe en colonne : taille fene tre de corre lation = 32px taille fene tre de corre lation = 8px

Images de parallaxes obtenues - sans et avec régularisation Images de parallaxes MicMac : sans régularisation avec régularisation forte

Images de parallaxes obtenues - sans et avec régularisation Profils le long d une ligne sur les images de parallaxe en colonne :

Cas réel : corrélation sur des images avec un déplacement co-sismique Cas réel : corrélation sur des images avec un déplacement co-sismique Objectif : évaluer l apport de MicMac en terme de réduction de bruit et robustesse dans un cas réel 2 ortho-images SPOT4 avec déplacement co-sismique, zone Afar 1px = 8m ; emprise approx. : 60km 60km

Mesure de de placement co-sismique par corre lation d images optiques De veloppement me thodologique et applications Cas re el : corre lation sur des images avec un de placement co-sismique Images de parallaxes - cas re el Parallaxes en colonne : corre lateur du CEA a gauche ; MicMac a droite

Cas réel : corrélation sur des images avec un déplacement co-sismique Profils le long d une ligne sur les images de parallaxe en colonne : taille fenêtre de corrélation = 32px taille fenêtre de corrélation = 8px

Cas réel : corrélation sur des images avec un déplacement co-sismique Profils le long d une ligne sur les images de parallaxe en colonne : taille fenêtre de corrélation = 32px taille fenêtre de corrélation = 8px À confronter avec des mesures indépendantes!

Conclusions 1 Cadre du projet 2 Problématique 3 4 Conclusions

Conclusions Conclusions : correction/amélioration du code MicMac + implémentation d un nouvel interpolateur SinCard (toutes les modifications sont disponibles pour tous les utilisateurs) apports de la régularisation : diminution visible du bruit (recherche paramétrage optimal) optimisation importante du temps de calcul décider quelle est la méthode de corrélation la mieux adaptée à la mesure de déformation co-sismique