Segmentation and classification of satellite images: application to moroccan coastal upwelling detection and monitoring
Segmentation et classification des images satellitaires : application à la détection des zones d’upwelling côtier marocain et mise en place d’un logiciel de suivi spatiotemporel
Résumé
The knowledge of the upwelling systems is very important for many applications in geophysical and oceanographic.The remotely sensed images acquired in real time allow to conduct continuous space maritime monitoring, especially in thermal and visible range, which provide information about the temperature distribution in the sea surface and the ocean colour. In this work, we are interested on the study of the upwelling phenomenon using the sea surface temperature images which is considered to be the origin of the formation of many ocean structures, such as thermal fronts, filaments, meanders and eddies. The main aim is to improve the visual interpretations of the satellite images made by the oceanographers. The proposed approach is based on the segmentation and detection of the thermal mesoscale structures in coastal upwelling waters using several methods in image processing and computer vision. In addition, the images processing methods based on the statistical physics and thermodynamics concepts were also used for the purpose of highlighting the turbulent and complex character of the marine phenomena. In this sense, the singularities points detected in infrared images, using the Microcanonical Multifractal Formalism, contain key information to understandingintermittencyandoceanicturbulence. A computational software system for the calculation of the upwelling index is made available for users in orders to extract and monitor the intensity and extension of upwelling along the Moroccan Atlantic coast. This application allows providing users continually by space synthetic products informing about environmental parameters and permitting to evaluate and to survey the coastal upwelling dynamic in space and time. Finally, a statistical study has been conducted in order to monitor the seasonal variability of the upwelling intensity along the Moroccan Atlantic coast by using well-established upwelling indices and consequently highlight the areas of highupwelling activity.
La connaissance des systèmes d’upwelling est d’un grand intérêt pour nombre d’applications géophysiques et océanographiques. Les images satellites acquises en temps réel permettent d’avoir une surveillance continue de l’espace maritime, notamment dans le domaine thermique et visible délivrant des informations respectivement sur la distribution des températures à la surface de la mer et sur la couleur de l’eau. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la caractérisation et l’étude du phénomène d’upwelling, à partir des images de température de surface de la mer, qui est à l’origine de la formation de nombreuses structures océaniques, telles que les fronts thermiques, les filaments, les méandres, et les tourbillons. Le but est d’améliorer les interprétations visuelles des images par des océanographes qui restent souvent subjectives. La démarche proposée consiste à relier les problèmes de détection des structures thermiques dans les eaux côtières d’upwelling à des concepts théoriques de traitement d’images et de vision par ordinateur. Il s’agit notamment d’utiliser des méthodes de segmentation. Par ailleurs, des méthodes de traitement d’images non linéaires, basées sur des concepts de physique statistique et de thermodynamique, ont été utilisées pour la mise en évidence de la turbulence océanographique caractérisant le régime chaotique des phénomènes complexes marins. Ainsi, les points de singularités détectés dans les images infrarouges, en utilisant le formalisme multifractal microcanonique, contiennent des informations clés à la compréhension de ces notions de turbulence et d’intermittence océanique. Ensuite, un applicatif de calcul d’indices d’upwelling est mise à la disposition des utilisateurs afin d’extraire et de suivre l’évolution de l’intensité et de l’extension d’upwelling sur la côte marocaine. Cet applicatif permet de suivre à la fois en temps réel et d’analyser les séries temporelles des variations de ce phénomène. Enfin, une étude statistique a permis de faire un suivi de la variabilité saisonnière de l’intensité de l’upwelling sur la côte atlantique marocaine tout en mettant en évidence les caractéristiques spatio-temporelles de ce phénomène via des indices établis à cet effet. Cette analysea permis de mettre en évidence les zones de forte activité d’upwelling et les poids des processus à l’origine du phénomène d’upwelling.
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