FR3068459A1 - Procede de construction d'une representation image de la terre par reconstruction statistique a partir de signaux issus de capteurs se deplacant de facon aleatoire - Google Patents

Abstract

Un procédé de construction d'une représentation image de la Terre comprend les étapes : a) balayage de la Terre par une pluralité de plateformes d'observation mobiles en déplacement autour de la Terre ; b) envoi, de façon aléatoire et non déterministe, depuis les plates-formes, de flux numériques de données comprenant les données générées par les capteurs, vers une pluralité de stations de réception distribuées de façon quelconque à la surface de la Terre, les stations de réception étant raccordées de façon aléatoire à un réseau informatique ; c) dans le système informatique distribué, cumul statistique des flux reçus sans création d'image intermédiaire avec éclatement aléatoire des traitements partiels des flux en provenance des stations de réception ; d) reconstruction d'une image quasi-complète de la Terre par reconstruction statistique, directement à partir des données issues des flux numériques stockés dans le système informatique distribué.

Description

Domaine technique

La présente invention concerne généralement le domaine de l'observation de la Terre depuis des satellites en orbite ou bien encore d’avions ou de drone. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de construction d'une représentation image de la Terre basée sur une approche statistique de captation et de traitement des données numériques issues de capteurs se déplaçant de façon aléatoire (c’est-à-dire non prédictible) permettant de simplifier drastiquement les moyens techniques à mettre en œuvre.

Etat de la technique

De nombreux procédés existent à ce jour destinés à prendre des images de la Terre à partir de capteurs disposés sur des plateformes aéroportées ou spatiales. Ces procédés utilisent des prises de vue dont la juxtaposition réalise toute carte ou image pouvant être désirée.

Si on désire obtenir une image de la Terre dans son entièreté, l'état de l'art actuel consiste soit à utiliser une résolution supérieure à une dizaine de mètres, soit à rafraîchir l'ensemble de l'image de la Terre à cadence plus lente que le mois pour permettre l'accumulation nécessaire des prise d'image et leur traitement.

Suivant les cas on choisira une très haute résolution (systèmes pour la défense) dont les résolutions sont souvent inférieures à 0,5 mètre mais avec un champ de vue très réduit (de l'ordre de quelques km), tel que par exemple le système HELIOS classifié ou bien encore des Drones aéroportés. La couverture de toute la Terre nécessiterait plus de six mois voire plusieurs années dans certains cas.

Dans d'autres applications on choisit une résolution moindre, souvent supérieure à 10 mètres, permettant avec un nombre de plateforme suffisant d'obtenir l'image complète de la Terre en un temps bref mais néanmoins la plupart du temps supérieur à 15 jours (le système Landsat a une résolution de 15 m et permet une couverture globale en 18 jours ; le système GeoEyes a une résolution proche de 7 m et peut couvrir toute la terre en 15 jours ; le système Végétation a une résolution de 100 m et couvre journellement la Terre)

Des cas intermédiaires existent aussi, par exemple avec des ensembles de satellites contribuant à collecter l'image de la Terre tels que les systèmes SPOT (résolution de 2,2 m, mais couverture du Globe complet en 2 mois) ou bien encore Pléiades (résolution de 0,75 m, mais couverture du Globe complet en 6 mois).

D'autres systèmes comme les satellites météorologiques couvrent toute la Terre en 24 heures, voire moins, mais avec des résolutions de plusieurs centaines de mètres (système spatial américain TIROS ou bien système Végétation Européen par exemple).

Avec un drone, on peut obtenir en quelques minutes la couverture d'une ville de 1 km² avec 20 cm de résolution. Par ailleurs, un système de défense peut pointer un satellite très rapidement, par ex. en quelques heures, vers n'importe quel point du globe pour obtenir une image à très haute résolution, mais il faudra 6 mois, voire 1 an, pour que le même système couvre la Terre dans sa totalité.

Différentes façons de rapatrier des images des satellites d'observation multiples vers un système de traitement sol pour réaliser des cartes sont connues. Le FR 2 893 794 décrit par exemple un procédé pour réduire l'âge de l'information des produits d'images de satellites d'observation de la Terre. Des procédés classiques de récupération et gestion de données d'observation sont encore décrits dans US 2003/095181, EP 1 106 964 et EP 0 992 764.

A ce jour, aucun procédé connu ne permet, compte tenu des contraintes informatiques actuelles, d'obtenir une image complète de la Terre avec une résolution métrique ou moindre et un rafraîchissement inférieur à 10 jours.

Dans l'état de l'art actuel il n'est pas possible de réaliser tout à la fois une haute résolution (inférieure au mètre) et un rafraîchissement de toute la planète en moins d'une semaine. Cela tient à trois limitations:

• limitation sur les coûts, car pour couvrir rapidement toute la Terre il convient non seulement de cumuler les prises de vues des nombreuses plateformes mais aussi de rapatrier et traiter les données ce qui implique des coûts de transmission vers des centres de traitement de quantités massives d'information.

• limitation sur les liaisons radiofréquences nécessaires qui deviennent énormes (plusieurs Gigabits par satellite à rassembler dans un centre de traitement).

• limitation sur la puissance informatique pour obtenir l'image complète de la Terre en moins d'une semaine.

Description générale de l’invention

L’objet de la présente invention est de fournir un procédé de construction d'une représentation image complète ou quasi complète de la Terre par un procédé simplifié et rapide basé sur une reconstruction statistique directe de l’image de la planète à partir des signaux des capteurs mobiles utilisés.

Pour ce faire, une nouvelle méthodologie a été conçue, permettant de s’affranchir des contraintes des systèmes actuels utilisant typiquement des satellites raccordés à des stations de réception produisant des images ellesmêmes concaténées pour reproduire un Globe terrestre.

Conformément à la présente invention, on propose un procédé de construction d'une représentation image de la Terre, en particulier une représentation image de la Terre dans sa totalité ou quasi-totalité par utilisation statistique directe des flux informatiques générés par les capteurs mobiles, le procédé comprenant les étapes suivantes :

a) balayage de la Terre par une pluralité de plateformes d’observation mobiles aéroportées ou spatiales en déplacement autour de la Terre, chacune des plateformes d'observation mobiles comprenant au moins un capteur imageur ;

b) envoi, de façon aléatoire et non déterministes, depuis les plates-formes, de flux numériques de données comprenant les données générées par les capteur(s), vers une pluralité de stations de réception distribuées de façon quelconque à la surface de la Terre, lesdites stations de réception étant raccordées de façon aléatoire à un réseau informatique également distribué de façon quelconque sur l'ensemble de la Terre ;

c) dans le système informatique distribué, cumul statistique des flux reçus sans création d’image intermédiaire avec éclatement aléatoire des traitements partiels des flux en provenance des points d'entrée ;

d) reconstruction d'une image complète ou quasi complète de la Terre par reconstruction statistique, directement à partir des données issues des flux numériques stockées dans le système informatique distribué.

Ainsi selon dans le présent procédé, les données issues des capteurs spatiaux et reçues par les stations de réception sont directement traitées dans n’importe quel ordre et raboutées pour créer des sous-images dont les dimensions aléatoires.

Ces sous images crées de façon aléatoire au sein du réseau informatique sont alors stockées, et servent à la reconstruction par concaténation statistique et non déterminée à l’avance, de plus grandes images qui, de nouveau par accumulation successive, finissent par créer une représentation du Globe complète.

Selon une autre implémentation du procédé on ne crée pas de sous-images intermédiaires mais on raboute de façon statistique les flux reçus depuis les capteurs mobiles afin de créer des sous-flux informatiques dont la concaténation va créer l’image globale de la Terre.

Le procédé selon l'invention propose une approche nouvelle dans laquelle les capteurs imageurs à bord des satellites sont, en quelque sorte, directement reliés au système informatique distribué (qui est avantageusement du type nuage informatique, en anglais Cloud.) qui les reçoit dans n’importe quel ordre car émis par plusieurs satellites et reçues par plusieurs stations sans programmation des transmissions comme couramment effectué suivant l’état de l’art. Les points d'entrée sont des stations de réception terrestres dont la position est indifférente et qui sont de préférence réparties dans différentes zones géographiques de la Terre, et si besoin sont mobiles. Mais contrairement aux stations connues, les stations de réception terrestres ne créent pas d’images car dans la présente méthode elles ne font que retransmettre les données vers le Cloud (sans altération ni transformation) ; les flux numériques sont ainsi directement retransmis, en ce sens qu'ils n'ont pas vocation à être stockés en vue de leur modification/traitement par la station de réception (mais ils peuvent toutefois être stockés temporairement pour des besoins de télécommunications). En pratique, les flux numériques de données émis par les plateformes mobiles sont reçus par les stations de réception sous forme de signaux radiofréquences modulés et sont convertis dans celles-ci en flux numériques dans un format adapté à leur transmission vers le système informatique distribué, en particulier en flux internet standards. Les stations de réception terrestre ont donc ici une vocation de point d'entrée vers le Cloud, sorte de relais depuis les satellites, et les flux de données reçus par les stations de réception terrestre sont donc normalement transmis au système informatique distribué sans modification de leurs contenus. En d'autres termes, la charge utile des flux de données peut être réarrangée pour des besoins de protocoles de communication, mais la nature et le contenu des données ne sont pas modifiés.

Dans ce mode de fonctionnement propre à l’invention, contrairement à l’état de l’art, on utilise une méthode purement statistique de fabrication de la mosaïque mondiale basée sur des méthodes inspirées de la méthode de Monte-Carlo.

Cette méthode, décrite en détail consiste à disperser l'information dans un système informatique permettant de s'affranchir de toute connaissance sur la géométrie des images reçues. Pour ce faire, il est impératif que les flux des capteurs spatiaux soient fournis sans changements au système informatique distribué, les stations de réception n’agissant que comme moyen de transmission neutre.

Dans le cas du procédé de l’invention, les informations reçues par chaque station n'ont aucun rapport avec leur localisation géographique et la méthode de réalisation de la mosaïque mondiale effectuée à l'intérieur du système informatique distribué, utilise des propriétés de sommation aléatoires de sous-images également découpées de façon aléatoire.

Selon une variante préférée, les flux numériques de données émis par les plateformes mobiles sont codés dans celles-ci sous une forme directement compatible avec les protocoles de communication Internet, par exemple IPv4 ou IPv3. Cela permet une interconnexion simple et immédiate, puisque la station de réception n'a qu'à convertir le signal radiofréquence descendant pour l'injecter dans le système informatique distribué.

Selon le présent procédé, la reconstruction de l'image de la Terre demandée est opérée au niveau du système informatique distribué au moyen d'un logiciel distribué sur l'ensemble du système informatique distribué et apte à utiliser directement les flux numériques reçus des stations de réception terrestres, tels qu'ils sont stockés dans le Cloud.

Le procédé utilise une méthode de reconstruction aléatoire de sous images générées, ou de sous flux, en traitant les flux spatiaux arrivant dans le Cloud de façon aléatoire.

Ainsi, à l'étape d), on reconstruit une image complète, en 2D ou sous forme d'un globe terrestre en 3D, stockée de façon distribuée et aléatoire dans le système informatique distribué. On appréciera que le logiciel est avantageusement conçu pour opérer une reconstruction à partir des données des flux numériques, sans passer par la création -au niveau des stations de réception- d’images ou de mosaïques partielles. Le logiciel comprend donc des moyens de code pour fabriquer l'image complète ou quasi complète de la Terre par exploitation directe et statistique des données issues des flux numériques stockés de façon aléatoire, telles qu'elles ont été reçues par les stations de réception, mais sans qu’elles aient à être organisées autrement que par leur ordre d’arrivée aléatoire dans le Cloud informatique.

Outre la reconstruction complète, on peut réaliser une reconstruction à la volée de n'importe quelle image partielle de la Terre par transformation directe d'une partie des données des flux numériques stockés dans le Cloud.

Une particularité notable du présent procédé est donc ici liée au fait que les données images sont transmises dans un flux numérique de données, qui comprend généralement en outre des données auxiliaires, le flux numérique de données ayant une organisation prédéterminée des données, typiquement non standard. Plus spécifiquement, pour ce qui est des images prises par les capteurs, les données correspondantes sont codées dans un format non standard, de sorte que pour un tiers qui ne connaît pas la loi d'extraction des données, il n'est pas possible de reconstruire simplement l'image. Ainsi, les données émises par les satellites sont avantageusement organisées selon un format prédéterminé nonpublic (i.e. dont l'organisation n'a pas vocation à être divulgué publiquement), et le logiciel mis en œuvre dans le système informatique distribué connaît la loi d'extraction des données correspondantes.

Selon une variante, le dispositif informatique distribué utilise un ordinateur quantique pouvant exploiter pleinement les caractères aléatoires et non déterministes des flux reçus, permettant de recréer l’image complète de la planète sous forme de probabilités images en des temps pouvant être divisé par 100 voire plus.

De préférence, le procédé exploite une image complète de la Terre en accédant, via le système informatique distribué, à la représentation de l'image du globe terrestre afin d'en extraire une portion à la demande, caractérisé par exemple par sa géométrie ou/et sa date de création.

Tous types de capteurs imageurs peuvent être employés, et chaque plateforme peut embarquer un ou plusieurs capteurs imageurs de technologies similaires ou différentes, selon le type d'image à réaliser. Par exemple, l'image de la Terre peut être obtenue sous forme de plusieurs canaux spectraux pouvant aller de 1 à 256.

En pratique, les flux numériques de données émis pas les plateformes mobiles peuvent comprendre, outre le flux image (données images numériques natives ou numérisées) du capteur, des données auxiliaires :

- données instrument, i.e. relatives au capteur / acquisition, tel que par exemple : calibration, lois de scan, mode opératoire...

- données plateforme, tel que identification, date, positions...

L'ensemble de ces données peuvent être compressées et/ou cryptées, puis sont encapsulées pour les besoins de leur transmission par tout protocole de télécommunications approprié (par ex. QPSK).

De préférence, la méthode est mise en œuvre avec un nombre suffisant de plateformes/satellites à capteurs imageurs à résolution typiquement métrique (par exemple inférieure à 5 m, et de préférence sub-métrique, pour réaliser une couverture de la Terre dans un délai allant de moins d'une journée à environ une semaine. Le nombre de plateformes, suivant les instruments utilisés, peut aller de 4 à 400 plateformes/satellites en orbite basse, selon la rapidité de couverture désirée. Typiquement une douzaine de satellites suffit une couverture du globe complète en 7 jours.

Les plateformes mobiles peuvent être, en principe, des avions, hélicoptères ou drones équipés de capteurs imageurs. Mais en pratique on préférera l'usage de satellites équipés de capteurs imageurs, en particulier en orbite basse (LEO).

En outre, le nombre de stations de réception terrestre est au moins égal au nombre de plateformes mobiles; et les plateformes mobiles sont avantageusement configurées pour transmettre constamment leurs données à toute station de réception terrestre en visibilité.

Il convient de noter que l’objet de l’invention et son originalité résident dans la méthodologie de récupération et retraitement des flux issus des capteurs d’images mobile de façon non déterministe et par reconstruction stochastique et aléatoire dans un réseau d’ordinateurs en Cloud.

Cet éclatement des flux transmis de façon non déterministe d’une part simplifie grandement la réalisation technique du système car les stations de réception contrairement à l’état de l’art actuel ne fabriquent plus d’images et agissent comme relais radiofréquence connectant directement les capteurs mobiles au réseau informatique. D’autre part cet éclatement des flux autorise une gestion simplifiée des flux dont le traitement s’effectue sans règle déterministe conduisant à une reconstruction statistique automatique du globe terrestre dans la totalité des zones couvertes par les capteurs mobiles.

La présente méthode, qui n’est plus comme habituellement basée sur la concaténation de sous-images créés par les stations de réception, permet de relaxer fortement toutes les contraintes de positionnement géographique ou temporelles dans la transmission et le traitement dans le réseau de calculateur.

Avec ce processus technique simplificateur avec des capteurs directement connectés à un Cloud et sans intermédiaire d'images au niveau des stations de réception, il suffit d'un algorithme/logiciel mis en œuvre dans le Cloud et exploitant des flux découpés de façon aléatoires dont le cumul va finalement recréer l'image complète du globe.

L'avantage est que la logique système est totalement simplifiée, car il n’y a plus besoin d'avoir des stations de réceptions complexes, mais simplement des relais radiofréquences. Cela implique aussi qu'on ne maîtrise plus la reconstruction finale car il faut attendre que les cumuls statistiques des flux reçus se construisent.

Une conséquence très intéressante et également nouvelle de cette méthode est qu'elle est directement compatible avec l'avènement des calculateurs quantiques (dont les performances sont des milliers voire des millions de fois supérieures au ordinateurs classiques) qui eux aussi procèdent par recherche de probabilité sans jamais donner une réponse exacte (mais néanmoins dont la précision s'améliore par ajout continu d'information)

On notera encore que les capteurs peuvent évoluer dans un mode de déplacement dit « aléatoire », c’est-à-dire pas connu à l’avance.

Selon les variantes, les données générées par le ou les capteur(s) d'une des plateformes mobiles sont traitées à bord de celle-ci avant envoi, en particulier sont comprimées et/ou cryptées.

Selon les variantes, on procède à l'extraction des données des flux numériques et tes données sont indexées dans 1e système informatique distribué selon tes informations de temps et de position contenues dans les flux, et de préférence les données redondantes sont rejetées.

Description détaillée à l’aide des figures

D’autres particularités et caractéristiques de l’invention ressortiront de la description détaillée de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci-dessous, à titre d’illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent :

Fig. 1 : diagramme d'un procédé conventionnel d'acquisition d'images de la Terre ;

Fig. 2 : diagramme d'une variante du présent procédé de reconstruction d'image de la Terre ;

Fig. 3 : un diagramme du principe d'ingestion directe exploité dans le présent procédé.

Dans 1e contexte du présent procédé, et afin de satisfaire à l'objectif visé consistant à créer une image représentant une copie complète ou quasi-complète de l'ensemble du Globe terrestre avec une résolution d'image très élevée, il convient d'assurer trois fonctions:

• mettre en œuvre un nombre suffisant de capteurs aéroportés ou spatiaux dont la somme des couvertures assure la couverture complète ou quasi compète de la planète. Dans le procédé de l’invention ces capteurs peuvent être non coordonnés et distribuer leur flux d’information de façon non déterministe. La couverture est assurée suite à une redondance statistique des couvertures de chacun des capteurs.

• permettre une transmission à cout acceptable de la quantité d'informations générées par chaque capteur vers le sol afin d'autoriser les traitements correctifs nécessaires, le stockage des images et leur mutualisation. Dans le procédé de l’invention cette transmission est seulement destinée à transférer les données issues des satellites sans changement vers le réseau informatique, d’où une simplification importante des moyens de réception sol.

• Recréer par cumul statistique des flux reçus de façon aléatoire, un pseudo-flux unique équivalent à un capteur virtuel issus de la somme statistique des capteurs initiaux. La création de la représentation du Globe terrestre s’effectue alors dans sa globalité et sans passage par des images partielles comme dans l’état de l’art actuel.

• mettre à disposition l'image complète ou quasi-complète de la Terre ainsi recréée sous une forme accessible à tout utilisateur désirant tout ou partie de l'image du Globe terrestre.

Un calcul simple permet de comprendre la difficulté d'obtenir de façon rapide une image complète de la Terre.

A titre d'exemple pour une résolution sub-métrique de 90 cm, le nombre de points d'image représentant la surface terrestre se calcule comme le ratio de la surface (m²) sur la résolution (m²), soit environ 510x10® km² / 0,9mx0,9 = 6,29 x 10¹⁴ points d'image (ou pixels).

En prenant un capteur d'image classique trichrome disposant de 8 bits par canal et par pixel cela donne au total environ 2,35 x 10¹⁶ bits d'information.

Dans la mesure où l'on souhaite obtenir une couverture de la Terre complète tous les jours, cela représente de manière globale environ 2000 To à transmettre, puis traiter et stocker en l'espace de 24 h.

Ces valeurs sont largement au-delà des possibilités d'un centre de calcul ou d'un centre de stockage classique, et surtout, sans compter la nécessiter de rapatrier ces données sur des distances considérables.

Aucun système suivant l'état de l'art actuel n'est capable d'une part de récupérer cette énorme quantité de données, et d'autre part de la traiter et ensuite la rediffuser auprès d'utilisateurs.

Pour pouvoir résoudre de façon pratique l'objectif visé, il faut renoncer au découpage des fonctionnalités classiques et opérer de façon nouvelle en éclatant les données par l’utilisation de nombreux capteurs spatiaux non nécessairement coordonnés entre eux transmettant leurs flux d’information image (et non pas des images en tant que tel) vers la surface de la planète par l'utilisation d'un grand nombre de stations de réception, mais qui contrairement aux systèmes classique ne sont pas chargées de recevoir les images d'une région donnée (dite zone de couverture qui décrit la couverture géographique d'une station) mais reçoivent le flux de données émis par tout satellite en visibilité de réception.

On rappelle que dans les procédés d'observation de la terre actuellement connus, et en référence à la Figure 1, les fonctions à assurer sont organisées comme suit :

- gestion et programmation des satellites d'observations ;

- transmission des images des satellites vers des stations sol où elles sont rendues utilisables ;

- transfert des images issues des stations sol vers un ou plusieurs centres de distribution assurant la diffusion des images.

Dans l'état de l'art en effet les satellites 10 acquièrent des images de la Terre par tout capteur d'image approprié et stockent temporairement les images dans afin de les transmettre au sol lorsqu'ils sont en visibilité d'une station sol 12.

Classiquement, une station sol 12 comprend un module de réception 14 associé à une antenne 16 (typiquement une antenne parabolique). Les signaux radiofréquence reçus par les antennes 16 sont synchronisés et décapsulés afin de restituer les données des capteurs images et immédiatement traitées par une unité de traitement à calculateur 18 afin de retrouver les images 20 provenant des capteurs, qui sont stockées dans une mémoire 22. Comme il est clair pour l'homme du métier, au niveau de ces stations sol 12 on reconstruit donc, à partir des données reçues, une image dans un format d'image standard, tel que par exemple format RAW, TIFF, JPG, PNG ou autres.

Pour réaliser la couverture complète ou quasi complète du globe terrestre les images 20 issues des différentes stations sol 12 sont ensuite regroupées dans un centre de traitement centralisé 24 (ou plusieurs) pour être superposées afin de recréer l’image globale de la Terre.

On appréciera que dans le cadre du présent procédé ces fonctions sont réalisées de façon nouvelle en reliant directement les capteurs des satellites/plateformes à un système informatique distribué du type Cloud. On ne fait donc pas appel à la création d’images intermédiaires comme dans tous les systèmes d’observation connus. Les flux sont simplement reçus par les stations et injectés typiquement sur quelques dizaines, par exemple une quarantaine, de points d’entrée (stations de réception) dans le système informatique distribué. Leurs combinaison n’est pas déterministe mais la représentation du globe terrestre s’effectue par le cumul aléatoire des différents flux reçus.

Ce mode de fonctionnement n’est possible qu’à travers le procédé de l’invention ou l’on s’abstient de tout traitement ou fabrication d’images intermédiaires.

De manière imagée, on peut faire un parallèle avec le fonctionnement du cerveau humain dans lequel les yeux constituent des capteurs d'images qui sont directement reliés au cerveau qui représente un système de traitement, donc le système de traitement distribué / Cloud.

Dans ce mode de fonctionnement les satellites n'envoient pas d'images mais un flux de données comprenant des données images, qui est ensuite stocké dans le système informatique distribué. Ce système informatique distribué comprend de manière générale une infrastructure de communication, traitement (réseau de calculateurs) et stockage du type nuage informatique, connu donc plus généralement selon le terme anglais Cloud. Ce dispositif informatique connu suivant les règles de l'art dispose de particularités qui sont avantageusement exploitées pour mettre en œuvre le procédé de l'invention.

Le principe du présent procédé est illustré à la Figure 2. Une couche spatiale est constituée par une pluralité de satellites 50 équipés de capteurs imageurs. Les stations de réception terrestres 52 sont simplement éclatées et réparties de façon quelconque à la surface de la Terre, mais autant que faire de façon homogène, pour capter continûment les flux numériques de données issus des satellites 50.

Contrairement aux systèmes classiques ces flux ne sont pas des images mais un codage prédéterminé des données images (représentant le signal délivré par le/les capteurs optiques embarqués) dans un format non standard pour des images, de préférence crypté et comprimé, données auxquelles s'ajoutent des données auxiliaires.

Dans les systèmes classiques, les stations sont soit disposées de façon ponctuelle pour rapatrier les données stockées préalablement à bord des plateformes d'acquisition (stations disposées dans les zones polaires dans le cas de satellites d'observation héliosynchrones) ou bien les stations sont disposées à un endroit géographique correspondant à la zone de prise d'image désirée.

Dans le cas de la présente invention, les plateformes d'observation mobiles 50 envoient leurs données générées par les capteurs imageurs aux stations de réception terrestres 52 à la façon d'un cellulaire sol, sachant qu'à tout moment une station est apte à recevoir les données d'un satellite.

Ces données ne sont pas exploitées ni traitées au sein de la station 52, mais directement diffusées dans le Cloud 54. Ainsi, une station de réception terrestre 52 comprend typiquement une antenne associée à un module de réception, et un module d'émission. En effet, les images ne sont plus crées au niveau des stations terrestre, mais celles-ci opèrent simplement à la manière d'un relais en retransmettant/introduisant les flux de données reçus des plateformes mobiles dans le système informatique distribué 54 formé par le cloud. Les stations terrestres 52 sont donc des points d'entrée du système informatique distribué. Dans le procédé de l’invention et contrairement aux modes utilisés classiquement, la position des stations de réception n’a plus d’importance et leur localisation peut être aléatoire sans que le fonctionnement du système n’en soit altéré. En particulier, les stations de terrestres peuvent être configurées pour mettre le flux de données sous forme de flux IP, par ex. IPv4 ou IPv3.

Comme on le sait, le Cloud possède la particularité de pouvoir assembler des données éparses et les stocker de façon virtuelle, vu de l'utilisateur.

C'est-à-dire que dans le procédé de l'invention, l'ensemble des données issues des différents satellites 50 ne sont jamais physiquement centralisées ni rapatriées en un endroit unique.

Le dispositif Cloud 54 permet cependant de traiter et stocker les données d'observation de façon virtuelle, tout en les laissant éparpillées au sein du réseau de calculateurs composant le Cloud.

Le procédé de l'invention utilise les particularités du Cloud pour tout à la fois :

- utiliser une distribution à l'échelle de la planète des moyens de rapatriement des données issues des capteurs et sans qu'il s'agisse d'image proprement dites, en ce sens que les données images ne sont pas stockées dans un format image standard, si bien qu'il n'est pas possible pour un tiers de reconnaître ces données en tant qu'imagés.

- transformer les données reçues de façon aléatoires et non prédictibles en image globale de la Terre par utilisation d'un logiciel basé sur la reconstruction statistique des flux reçus par les stations et implanté au sein du Cloud et opérant sur les données d'observation éparpilles au sein du Cloud afin de créer une base de données image de toute la Terre accessible comme si elle était centralisée.

- gérer la diffusion de ces données images de façon telle que les utilisateurs procèdent comme s'il s'agissait d'une base de données unique alors que les dites données restent éparpillées, et de façon non connues par l’utilisateur dans le

Cloud.

L'invention opère donc un raccordement numérique direct (sans autre intermédiaire qu'un réseau de stations de réception transparent, c'est-à-dire respectant, sans les altérer, les données émises par les capteurs) entre des capteurs d'observation et un système informatique distribué Cloud qui implémente des moyens de traitement centralisé.

Ce mode de raccordement en direct dans lequel les senseurs injectent des données d'observation terrestres dans un Cloud afin de recréer l'image complète de la Terre constitue une avancée notable car il permet de recréer des représentations du Globe sans devoir passer par des images intermédiaires mais en cumulant les signaux pour recréer un capteur virtuels équivalent à la somme des capteurs indépendants. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté aux topologies informatiques actuelles dans lesquelles par concept les traitements sont éclatés de façon non déterministe à l’intérieur d’un réseau informatique, ce qui permet de s'affranchir des limites connues liées à la quantité d'information nécessaire pour représenter l'ensemble de la sphère terrestre à très haute résolution. En particulier on imagine bien que ce mode de fonctionnement statistique est compatible avec les spécificités des calculateurs quantiques, incapables de donner des résultats déterministes mais des millions de fois plus rapides à traiter une statistique de résultat probable.

Le mode de fonctionnement de l’invention laisse espérer la possibilité de création de mosaïque complète de la terre en l’espace de quelques secondes contre des jours entiers comme actuellement. La limite dans ce cas est davantage liée à la vitesse de captation des informations qu’à leur traitement.

Dans le mode de fonctionnement de l’invention en effet:

• Les capteurs n'ont pas besoin d'être programmés et les données reçues par les stations de réception n'ont pas besoin d'être traitée directement au point de réception.

• La bande passante du système est éclatée sur l'ensemble des stations de réception terrestres, donc divise d'autant les bandes passantes télécom requises (donc le cout des stations).

• Les données reçues de façon aléatoire ne deviennent des images qu'au sein du Cloud à travers un logiciel de traitement dont le fonctionnement n’est pas prédictif mais résulte d’un cumul statistique des flux d’information reçus par le système.

• La quantité extrême des données à stocker est gérée de façon distribuée et totalement aléatoire, c'est à dire que la mosaïque complète de la Terre sous forme d'une base de données de plusieurs milliers de Téraoctets par jour peut être répartie physiquement très facilement au sein d'un Cloud sachant que les données reçues sont également elle-même réparties à l'échelle de la planète.

Cette combinaison nouvelle, jamais expérimentée à ce jour, permet de résoudre une équation insoluble dans l'état de l'art permettant tout à la fois de concilier la couverture complète de la planète, mise à jour également de façon complète sans renoncer à l'utilisation d'une très haute résolution spatiale.

L'invention résulte d'une combinaison inédite et originale consistant à utiliser les propriétés d'un réseau de calculateurs organisé en mode Cloud avec un ensemble de satellites opérant de façon automatique la couverture de la planète et de façon directe, sans recourir à un intermédiaire image. La méthodologie nouvelle introduite permet de ne pas avoir à planifier les traitements ni devoir traduire les flux reçus en images partielles de la planète.

On conçoit que ce type de fonctionnement dans lequel l’image du globe terrestre est reconstruit par une somme de probabilité de mesures se prête particulièrement bien à l’utilisation de calculateurs quantiques dont la caractéristique essentielle est de déterminer des résultats probables avec une marge d’erreur pouvant être aussi faible que voulu et dans des échelles de temps divisées par milliers voire plus.

Ce procédé permet également des simplifications importantes avec la possibilité de crypter à bord des satellites les données générées par les capteurs imageurs, de les organiser directement en flux Internet (codage du type IP), puis d'encapsuler les données dans un flux télécom raccordant ainsi les capteurs au Cloud sans intermédiaire de traitement.

Par ce procédé, l'image de la Terre n'est accessible qu'en accédant au système Cloud ; et en particulier il n'est pas possible de se raccorder aux stations de réceptions pour obtenir les images.

Ceci permet une confidentialité totale vis à vis des opérations des stations de réception terrestres. Il n'existe dans ce système aucun endroit physique où les données images de la Terre sont accessibles.

Seuls les logiciels internes disposés dans le Cloud sont aptes à reconstituer les images destinées à être distribuées.

Selon le procédé de l’invention, plusieurs formes de mise en oeuvre peuvent être préconisées à l’aide de technologies actuellement disponible.

Exemple de réalisation

Selon les principes ci-dessus développés, une implémentation typique peut être proposée visant à la fabrication d'une image complète de la Terre avec une résolution spatiale de 90cm (pouvant alternativement aller de 20 cm à 5 m pouvant être rafraîchie de façon hebdomadaire (pouvant alternativement aller de 1 jour à 15 jours).

Pour ce faire on peut utiliser une flotte de satellites à faible coût dont le nombre dépend de la largeur de la trace d'acquisition (entre 5 km et 60 km) de façon à obtenir une couverture de toute la Terre en orbite polaire ou héliosynchrone.

Le temps (en jours) pour couvrir la terre complète (objet du présent procédé) est égal à environ 2500/(nombre de satellite x largeur de trace en km)

Par exemple avec une largeur de trace de 25 km et 7 jours pour couvrir l'ensemble de la planète il convient d'utiliser environ 11 satellites en orbite polaire ou héliosynchrones.

Pour obtenir une image complète de la Terre journellement, il suffit d'utiliser environ 75 satellites, ce qui est une valeur raisonnable.

Afin de diminuer les bandes passantes nécessaires on utilisera un grand nombre de stations de réception (au moins autant que de satellites) ; par exemple avec 25 stations, la bande passante nécessaire est en moyenne divisée par 25.

Ceci est un avantage considérable car dans les méthodes conventionnelles on utilise souvent des stations polaires qui reçoivent en rafale les données stockées préalablement à bord ce qui multiplie d'un facteur 10 au moins la bande passante nécessaire au lieu de la diviser.

En distribuant sur un grand nombre de stations de réception on obtient un avantage de bande passante locale (par rapport à une seule station polaire comme classiquement utilisé) égal à environ 10 x nombre de stations.

Dans le cas de la présente invention on utilisera de préférence une liaison radiofréquence en bande ka, moins encombrée que les bandes C ou X mais également possibles.

Dans ce qui suit, on décrit une mise en œuvre basée sur le cas d’une plateforme satellitaire dotée de capteurs optiques à résolution sub-métrique fixe et disposant d’un équipement GPS de bord permettant d’obtenir une connaissance fine de la position du satellite (orbite) et d’une horloge locale très précise.

Le capteur imageur peut être basé sur toute sorte de technologie appropriée. On peut utiliser un capteur optique unique, délivrant un signal, ou mais également une pluralité de capteur.

Par exemple, un système de balayage basé sur l’analyse optique d’une scène donnée va recueillir des points d’images se suivant mais pas forcément dans l’ordre de leur analyse géométrique. Typiquement on peut utiliser pour former une image couleur, la contribution de plusieurs CCD recueillant chacun une couleur donnée mais physiquement indépendants les uns des autres.

Les données issues de ces CCD sont entrelacées et contiennent des données auxiliaires diverses propriétaires du constructeur, telles que par ex. calibration ou états de l’instrument, si bien que le flux numérique résultant n’est plus assimilable à une image. Il s’agit très exactement d’un flux numérique transportant une information qui n’est pas susceptible d’être reconnue comme étant une image (sauf si on fournit les clefs de sa reconstruction). Le susdit flux contient également d’autres informations telles calibration, mode opératoire, identification plateforme, temps, position, voire encryptage...

Après la création du flux numérique charge utile, on procède à un encapsulage du flux numérique capteur qui consiste à réarranger les bits d’information afin qu’ils soient transmissible par radio. Usuellement on rajoute des bits d’information supplémentaires afin de rendre la modulation radiofréquence plus résistantes aux atténuations ou imperfection des liaisons radio entre la plateforme de prise de vue et les stations de réception sol. La modulation du signal radiofréquence se fait habituellement par codage de phase en quadrature (QPSK) en utilisant des normes de transmissions standardisées dites (CCSDS = Consultative Committee for Space Data Systems) connu de l’état de l’art

On rappelle ici que dans l'état de la technique, les signaux radiofréquence reçus au niveau des stations sol par les antennes paraboliques sont synchronisés et décapsulés afin de restituer le flux capteur, puis immédiatement traitées par un calculateur afin de retrouver les images issues des capteurs (cf. Fig. 1 ). Le terme image dans le contexte du système de la Fig. 1 cas signifie qu’on transforme avec une série d’algorithmes dépendant des capteurs utilisés, le flux numérique initial en codage d’images standard, selon les formats standards RAW, TIFF, JPG etc...).

Pour réaliser la couverture complète ou quasi complète du globe terrestre les images issues des différentes stations sont ensuite regroupées dans un centre de traitement centralisé pour être superposées afin de recréer l’image globale de la

Terre.

Dans le cas de l’invention, bien au contraire, on va utiliser les caractéristiques particulières d’un nouveau type de système informatique pour simplifier et rendre bien moins coûteux la fabrication de l’image complète ou quasi complète du globe terrestre.

Pour se faire, les signaux synchronisés sont tout simplement envoyés vers une structure informatique à usage général (donc indépendante de toute opération particulière liés à notre application) qui va de façon totalement distribuée réaliser directement (et sans passer par le moindre intermédiaire image) la couverture complète du Globe terrestre.

Dans ce concept la seule image qui sera créé est l’image aboutie complète du globe terrestre.

Dans le cas de l’invention, le schéma d’implémentation diffère de l’état de l’art actuel :

a) Implantation physique : les stations de réception sont réduites à une antenne, le démodulateur et le synchronisateur permettant de récupérer le seul flux de données d'observation. On ne peut plus parler de station de réception image mais simplement de station de réception télécom. Tout se passe comme si le réseau informatique distribué était directement et physiquement connecté aux capteurs portés par les plateformes mobiles.

Dans une des réalisations possibles de l’invention, on réalise directement au niveau de la plateforme mobile de prise de vue le codage des signaux des capteurs en codage internet par paquet (dit codage IP), si bien qu’au niveau de la station sol le flux de données d'observation est directement transmissible au réseau Internet.

On comprend l’énorme simplification apportée par ce nouveau procédé qui réduit de façon considérable les investissements matériels.

b) Implantation informatique: contrairement à l’état de l’art actuel qui procède par récupération du flux capteur pour le transformer au niveau de la station de réception en images partielles de la terre (d’où la dénomination répandue « station image »), ensuite regroupées physiquement dans un centre pour créer une image globale, le procédé de l’invention procède par ingestion globale directe (cf. Figure 3), c'est-à-dire par synthèse directe à l’aide d’un logiciel particulier permettant l’agrégation des flux capteurs ainsi que suit :

1^re étape : transformation du flux numérique IP reçu de chaque station de réception en flux utile / capteur par suppression du codage CCSDS

2^e étape: les différent flux numériques sont traités de sorte à extraire les données de temps et position (géométrie de l'observation, cf. étape 100), puis stockés et ordonnancés temporellement à l’aide de données de datation fines qui ont été préalablement insérées au niveau de la plateforme de prise de vue (étape 102).

Grâce aux données orbitales fines obtenue par composition des données orbitales connues et des données d’information de balayage des capteurs, il est possible d’extraire uniquement les portions de données non redondantes (étape 104) qui sont réordonnancées non plus temporellement mais par leur définition géométrique et d’accumuler la somme des signaux des capteurs ainsi réorganisés.

Cette opération s’effectue de manière avantageuse grâce au cloud, qui ne nécessite aucun rassemblement « physique » des données éparses et stockées localement dans celui-ci, formant une base de données (106) cumulant l'ensemble des données exploitables.

En combinant l’ensemble de ces données et en les traitant séquentiellement (boîte 108) ou en parallèle, au sein du Cloud, le logiciel de reconstitution d’image est configuré pour directement prendre les données ordonnancées pour former une image en trois dimensions du globe terrestre.

Au cours de la reconstruction, le logiciel connaissant la loi d’extraction des données images et non-image, va extraire les points d’images et les coordonnées séquentiellement (étape 108) et les appliquer sur une surface mathématique vierge à trois dimensions du globe (étape 110). Petit à petit la surface des mesures images ainsi calculées va recréer par couches successives une représentation complète du globe.

D’autres méthodologies informatiques sont possibles avec des variantes sur l’ordre des opérations mises en oeuvre traitement puis ordonnancement des points d’images recréés en traitant les flux numériques ou bien l’inverse).

D’autres méthodes à base statistique peuvent également être utilisées pour traiter dans le désordre des flux numérique tout en reconstituant grâce aux informations de datations fines contenues dans le flux numérique la géométrie de remise en place des points d’image calculés.

Ces méthodes nouvelles de création de globes d’imagerie complets (ou quasi complets) de la planète sont uniquement possibles grâce au procédé de l’invention car d’une part découplant totalement la fonction de création d’image de la fonction de récupération des signaux radiofréquence, et d’autre part ne nécessitant aucun regroupement physique des données images en vue de la création d’un globe image complet (lui-même physiquement distribué dans le Cloud mais exploitable comme s’il était centralisé grâce au données auxiliaires de position des satellites inclues dans le flux numérique, dites « méta data » )

Les économies, en termes de frais d’implantation d’un système de prise de vue global de la planète utilisant la méthode issue de l’invention, (surtout lorsque le nombre satellites augmente à des dizaines, voire des centaines de plateformes comme actuellement envisagé) sont très importants.

La configuration de l'invention, par le fait que les données sont éclatées et ne sont plus des images mais des flux radiofréquences (dits streamé comme dans la diffusion Internet), a un double avantage car elle distribue géographiquement l'entrée des flux de données vers le Cloud (donc rend la charge de bande passante locale Internet acceptable) mais également permet au Cloud de récupérer les données sous forme distribuée, ce qui est approprié au mode de fonctionnement virtualisé du système.

Virtualisé signifie que des traitements et des accès sont perçus comme centralisés par les logiciels de traitement ou d'exploitation alors qu'en réalité ils restent physiquement éclatés à l'échelle de la planète.

Autre conséquence favorable sachant que les utilisateurs qui accéderont à l'image de la Terre virtuelle ainsi créée par le logiciel de traitement hébergé par le Cloud sous forme d'un Big Data sont également distribués à l'échelle de la planète.

La combinaison injectant directement, via une liaison télécom, les signaux des capteurs dans un Cloud rend l'ensemble particulièrement simple à opérer sachant que la maintenance technique et la gestion informatique du système sont directement prises en charge par l'opérateur du système Cloud.

Les satellites opérant de façon automatique fournissent sans intermédiaire leurs données à un système Cloud dans lequel on implante le logiciel effectuant:

- La transformation des signaux capteurs stockés en images, la registration des images entre elles, la préparation de la base de données image de la planète complète, la gestion des accès par les utilisateurs, la protection de la confidentialité et la distribution, soit vers des utilisateurs externes recevant tout ou partie de l'image terrestre, soit ayant eux même implanté des logiciels utilisateurs dans le même Cloud éventuellement.

Le mode de fonctionnement de l'invention est donc particulièrement fécond et permet de résoudre la contradiction actuelle entre couverture de la terre complète, haute résolution et rafraîchissement rapide de l'image terrestre.

Par contre l'invention concerne un mode de fonctionnement inédit et simplificateur mariant de façon originale et optimale l'ensemble de ces fonctionnalités en vue de pouvoir résoudre un problème insurmontable qui consiste à créer une image du Globe terrestre à très haute résolution et rapidement rafraîchi grâce à l'intégration des capteurs spatiaux ou aéroportés dont les données 5 éparses sont introduites dans un Cloud assurant la synthèse logicielle nécessaire par effet de reconstruction statistique sans devoir rassembler physiquement les données images elle-même issues des multiples capteurs utilisés.

Ce principe peut également être généralisé à la création d'une terre virtuelle issue de l'intégration également directe de capteurs hétérogènes rassemblés par 10 intégration au sein d'un Cloud, mais sans nécessiter la création d'image préliminaire.

Ce mode de fonctionnement objet de l'invention peut également servir à créer des constellations d'observation virtuelles mariant des capteurs asynchrones et hétérogène dont l'intégration et la contribution à un mosaïquage mondial se fait de 15 façon distribuée suivant les principes de l'invention.

Claims (14)

1. Procédé de construction d'une représentation image de la Terre, en particulier une représentation image de la Terre dans sa totalité ou quasi-totalité, le procédé comprenant les étapes suivantes :

a) balayage de la Terre par une pluralité de plateformes d'observation mobiles aéroportées ou spatiales, en déplacement autour de la Terre, chacune des plateformes d'observation mobiles comprenant au moins un capteur imageur ;

b) envoi, de façon aléatoire et non déterministe, depuis les plates-formes, de flux numériques de données comprenant les données générées par les capteurs, vers une pluralité de stations de réception distribuées de façon quelconque à la surface de la Terre, les stations de réception étant raccordées de façon aléatoire à un réseau informatique distribué de façon quelconque sur l'ensemble de la Terre ;

c) dans le système informatique distribué, cumul statistique des flux reçus sans création d’image intermédiaire avec éclatement aléatoire des traitements partiels des flux en provenance des stations de réception ;

d) reconstruction d'une image complète ou quasi complète de la Terre par reconstruction statistique, directement à partir des données issues des flux numériques stockés dans le système informatique distribué.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les flux de données reçus par les stations de réception sont transmis au système informatique distribué sans altération ni transformation des données par les stations de réception.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'image de la Terre est reconstruite à partir des données des flux numériques, sans passer par la création d'images ou de mosaïques partielles au sein des stations de réception.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système informatique distribué opère un logiciel comprenant des moyens de code pour fabriquer l'image complète ou quasi complète de la Terre par exploitation directe et statistique des données issues des flux numériques stockées de façon aléatoire, telles qu'elles ont été reçues par les stations de réception.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système informatique distribué est du type nuage informatique.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque point d’entrée du système informatique distribué est une station de réception terrestre dont la position est indifférente, les stations de réception étant réparties dans différentes zones géographiques de la Terre et si besoin mobiles.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les flux de données émis par les plateformes mobiles comprennent, outre les données générées par le ou les capteurs imageurs à bord de la plateforme, des données auxiliaires comprenant de préférence une ou plusieurs des informations suivantes: identification plateforme, date, position, calibration, loi de scan, mode opératoire.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données générées par le ou les capteur(s) d'une des plateformes mobiles sont traitées à bord de celle-ci avant envoi, en particulier sont comprimées et/ou cryptés.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les flux numériques de données émis par les plateformes sont codés, dans celles-ci, sous une forme directement compatible avec les protocoles de communication Internet dit « IP ».

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à l’étape d) on reconstruit un globe terrestre virtuel sous forme d'une image tridimensionnelle stockée de façon distribuée et aléatoire dans le système informatique distribué.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on procède à l'extraction des données des flux numériques et les données sont indexées dans le système informatique distribué selon les informations de

5 temps et de position contenues dans les flux, et de préférence les données redondantes sont rejetées.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'image de la Terre est obtenue sous forme de plusieurs canaux spectraux pouvant aller de 1 à 256.

10

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de plateformes mobiles, notamment des satellites en orbites basse, se situe entre 4 et 400; les plateformes mobiles étant équipées de capteurs ayant une résolution sub-métrique.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 15 les capteurs sont en déplacement aléatoire, c’est-à-dire pas connu à l’avance.