Exploitation des images des satellites espions américains pour le suivi des changements de surface terrestre depuis 1960

Mots clefs : Télédétection, Photogrammétrie, Glaciologie

Encadrement : Amaury Dehecq, Adina Racoviteanu (IGE, Grenoble)

Durée : 5 à 6 mois à partir de février 2025

Lieu de stage : Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), campus de Saint Martin d’Hères

Objectifs & contexte
La surface de la Terre et la zone critique ont subi de profondes transformations au cours du XXème siècle, en lien avec la pression anthropique et le réchauffement climatique (rapports du GIEC). Retrait des glaciers, changements de l’usage des sols, urbanisation sont autant d’indicateurs de ces changements. Pour mieux comprendre l’impact de ces changements, il est important de connaitre l’évolution de la surface terrestre sur une période temporelle supérieure à la variabilité climatique de 30 ans.
Les images satellitaires stéréoscopiques permettent de produire des Modèles Numériques d’Élévation (MNE), et ainsi d’estimer des déplacements verticaux de la surface : amincissement des glaciers, mouvements de terrain, etc. Malheureusement les données civiles ne sont disponibles que depuis 2000 (capteur ASTER). Avant l’arrivée des capteurs numériques modernes, les satellites de reconnaissance ("espions") américains (Figure 1) ont acquis plusieurs millions d’images de la surface de la Terre dans les années 1960 à 1980, aujourd’hui déclassifiées (Fowler, 2013). Toutes ces données ont un potentiel colossal pour le suivi multi-décennal des changements de la surface de la Terre, mais sont encore peu exploitées. Plusieurs types de capteurs ont acquis des images (KH-4, KH-9 panoramic camera, KH-9 mapping camera, cf figure 1) et différentes chaines de traitements ont été développées pour exploiter ces données (Maurer & Rupper, 2015 ; Dehecq et al., 2020 ; Ghuffar et al., 2022 ; Ghuffar et al., 2023 ; McNabb et al., 2020). Un projet international en cours vise à comparer les différentes chaines (exercice d’intercomparaison) et à mutualiser les outils. L’objectifs de ce stage sera donc 1) d’analyser et comparer les produits générés par différents groupes de recherche sur des jeux de données communs 2) comprendre les différentes chaines de traitement et tenter de mutualiser tous les outils en une chaine unique, capable d’exploiter les différents types de données.

Figure 1 : Illustration des satellites espions américains. a) Exemple d’image Hexagon (KH-9) mapping camera et métadonnées b) Illustration des systèmes de caméra cartographique et panoramique Hexagon (KH-9) et Corona (KH-4). c) Récupération des films photographiques d) satellite KH-9 exposé au musée national de l’U.S. Air Force.

Méthodes
L’ensemble du travail d’analyse et de traitement des données se fera dans le langage de programmation Python et à l’aide de logiciels de photogrammétrie spécialisés (Ames Stereo Pipeline , MicMac , Agisoft Metashape ).
Le stage se déroulera en 3 étapes :
–  Prise en main des chaines de traitement existantes et en libre accès. Cette étape vise à déterminer les différences d’approches de chaque méthode et lister les fonctionnalités existantes.
–  Analyse et comparaison de MNEs générés par différents groupes de recherche internationaux sur un même jeu de données. Le jeu de données couvrira différents types de terrain : glaciers, zones de végétation, zones côtières. L’objectif sera d’identifier les forces et faiblesses de chaque chaine de traitement.
–  Mise en place d’un code commun à partir des chaines existantes, permettant de tirer profit des points forts de chaque chaine.
Une participation à un workshop d’une semaine dans les environs de Grenoble fin juin et rassemblant les différents groupes de recherches internationaux participants à l’exercice d’intercomparaison est fortement encouragé.

Candidature
Nous recherchons un candidat enthousiaste en deuxième année de Master en géomatique, télédétection, sciences de la terre ou tout autre domaine connexe. Le stage devrait durer 6 mois et commencer en début d’année 2025.

Critères de sélection :
● Aisance en programmation et analyse quantitative de données, préférentiellement en Python
● Expérience en géomatique et télédétection
● Expérience souhaitable en photogrammétrie/Structure-from-Motion avec l’un des logiciels suivants : Ames Stereo Pipeline, MicMac, Agisoft Metashape.

Veuillez nous envoyer un CV et une lettre de motivation.

Contacts
Amaury Dehecq - amaury.dehecq univ-grenoble-alpes.fr
Adina Racoviteanu - Adina.Racoviteanu univ-grenoble-alpes.fr

Références
–  Dehecq, A., Gardner, A.S., Alexandrov, O., McMichael, S., Hugonnet, R., Shean, D., Marty, M., 2020. “Automated Processing of Declassified KH-9 Hexagon Satellite Images for Global Elevation Change Analysis Since the 1970s.” Frontiers in Earth Science. 8. https://doi.org/10.3389/feart.2020.566802
–  Fowler, M.J.F., 2013. “Declassified Intelligence Satellite Photographs”, in : Hanson, W.S., Oltean, I.A. (Eds.), Archaeology from Historical Aerial and Satellite Archives. Springer New York, New York, NY, pp. 47–66. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4505-0_4
–  Ghuffar, S., Bolch, T., Rupnik, E., Bhattacharya, A., 2022. “A pipeline for automated processing of declassified Corona KH-4 (1962-1972) stereo imagery”. IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 1–1. https://doi.org/10.1109/TGRS.2022.3200151
–  Ghuffar, S., King, O., Guillet, G., Rupnik, E., Bolch, T., 2023. “Brief communication : Glacier mapping and change estimation using very high-resolution declassified Hexagon KH-9 panoramic stereo imagery (1971–1984)”. The Cryosphere 17, 1299–1306. https://doi.org/10.5194/tc-17-1299-2023
–  Maurer, J., Rupper, S., 2015. Tapping into the Hexagon spy imagery database : A new automated pipeline for geomorphic change detection. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 108, 113–127. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2015.06.008
–  McNabb, R., Girod, L., Nuth, C., Kääb, A., 2020. An open-source toolset for automated processing of historic spy photos : sPyMicMac. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-11150