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Étude du profil d'échelle des formes et de mesures d'énergie de texture pour l'évaluation semi-automatique des dégâts sur les bâtiments dans les images satellitaires de très haute résolution

Dubois, David (2014). Étude du profil d'échelle des formes et de mesures d'énergie de texture pour l'évaluation semi-automatique des dégâts sur les bâtiments dans les images satellitaires de très haute résolution. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Des dizaines de catastrophes naturelles surviennent chaque année à travers le monde. Celles-ci causent la mort de milliers d’êtres humains et coûtent des milliards de dollars en pertes et en reconstruction. Des ressources considérables sont investies dans les diverses phases du cycle d’une urgence dont lors de la réponse et la reconstruction. Afin d’éviter une mauvaise gestion des ressources humaines et matériels lors de la réponse à une catastrophe, des décisions éclairées doivent être prises très rapidement. Afin de faire les choix adéquats, les décideurs ont besoin d’information à jour sur les conditions sur le terrain. Les images acquises par satellite sont une source possible pour cette information. Les nouveaux satellites dotés de capteurs optiques de résolution spatiale plus fine qu’un mètre par pixel offrent des détails utiles pour déterminer l’état des routes et les dégâts subis par les bâtiments. Par contre, l’analyse visuelle de ces images de très grande taille est fastidieuse et la fatigue peut augmenter le taux d’erreur humaine. Dans cette thèse, nous proposons une méthode semi-automatique d’extraction des bâtiments et d’évaluation des dégâts sur ces derniers à l’aide de descripteurs géométriques, radiométriques et de texture. Les travaux effectués incluent une revue de la littérature dans le domaine afin de déterminer les lacunes des méthodes actuelles ainsi que les pistes de solutions, le développement d’une méthodologie pour résoudre ce problème ardu, l’expérimentation de la méthode proposée sur une partie d’images de la ville de Port-au-Prince à Haïti captées avant et après le tremblement de terre du 12 janvier 2010, l’évaluation des résultats et leur comparaison avec la littérature. La méthode proposée nécessite la transformation de l’image en arbre hiérarchique de formes grâce à la méthode de transformée rapide en lignes de niveau. Une fois l’image représentée de la sorte, un algorithme d’extraction de formes significatives est utilisé pour assigner une forme représentative pour chaque pixel. Des descripteurs géométriques tels que la surface, le périmètre et d’autres issus des moments centraux sont extraits de ces formes. De plus, pour l’évaluation des dégâts, des mesures d’énergie de texture sont calculées sur les formes avant et après l’événement. Les bâtiments sont extraits à l’aide d’un classificateur supervisé basé sur le séparateur à vaste marge (SVM). Les dégâts sont classifiés selon trois degrés soit : aucun ou peu de dégât, endommagé et détruit. Après expérimentation, la méthode proposée pour l’évaluation des dégâts est supérieure à celles proposées dans la littérature récente. L’utilisation du profil d’échelle et l’utilisation des textures de Laws sont des innovations considérables dans le domaine de la télédétection amenées par cette thèse.

Titre traduit

Study of scale profile and textural energy measures for the semi-automatic evaluation of damage on buildings in very high resolution satellite images

Résumé traduit

Dozens of natural disasters occur each year throughout the world. They cause the death of thousands of people and cost billions of dollars in losses and reconstruction. Considerable resources are invested in the various phases of the emergency cycle like response and reconstruction. To avoid mismanagement of human and material resources during the response to a disaster, decisions must be made very quickly. To make appropriate choices, decision makers need up to date information on conditions on the ground. The images acquired by satellite are a possible source for this information. The new satellites equipped with optical sensors having spatial resolution finer than a meter per pixel provide détails useful for determining the status of roads and damage to buildings. Unfortunately, visual analysis of these very large images is time consuming and fatigue may increase the rate of human error. In this thesis, we propose a semi-automatic method for the extraction of buildings and damage assessment using geometric, radiometric and texture features. The work includes a review of the literature in order to identify gaps in current approaches and possible solutions, the development of a methodology to solve this difficult problem, the testing of the proposed method on a portion of images of the city of Port-au-Prince, Haiti captured before and after the earthquake of January 12, 2010, assessment of results and their comparison with the literature. The proposed method requires processing of the image in a hierarchical tree shapes through the fast level set transform. Once the image is represented in this way, an algorithm for extracting meaningful forms is used to assign a representative form for each pixel. Geometrical descriptors such as area, perimeter and others from central moments are extracted from these forms. In addition, for damage assessment, energy measurements of texture are calculated on the forms before and after the event. Buildings are extracted using a supervised classifier based on a support vector machine (SVM). The damage is classified according to three degrees: little or no damage, damaged and destroyed. After experiment, the proposed method for the evaluation of damage exceeds those proposed in the recent literature both in rapidity and accuracy. The use of the scale profile and Laws textures are considerable innovations in the field of remote sensing brought by this thesis.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technolologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 209-222.
Mots-clés libres: Dommages causés par les tremblements de terre. Constructions Effets des catastrophes naturelles sur. Images-satellite. Imagerie à haute résolution. bâtiment, descripteur, détection, échelle, évaluation, géométrique, Laws, radiométrique, texture, évaluation des dégâts, images satellitaires à très haute résolution, réponse aux désastres
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lepage, Richard
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 27 mars 2014 14:15
Dernière modification: 29 avr. 2014 20:08
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1279

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