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Guerrero, Andréa. Méthodes de séparation aveugle de sources et application à l'imagerie hyperspectrale en astrophysique et observation de la Terre

Guerrero, Andréa (2019). Méthodes de séparation aveugle de sources et application à l'imagerie hyperspectrale en astrophysique et observation de la Terre.

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Résumé en francais

Le but de cette thèse est de développer des méthodes de séparation aveugle de sources (SAS) en imagerie hyperspectrale applicables dans les domaines de l'astrophysique et de l'observation de la Terre. La SAS a pour objectif d'estimer des signaux sources à partir de données acquises avec des capteurs, appelées mélanges. De nos jours, le développement technologique des capteurs utilisés dans les domaines étudiés et le besoin de données de plus en plus précises, ont démocratisé l'utilisation de capteurs hyperspectraux. Ces capteurs fournissent des observations, c'est-à-dire des spectres, sur plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de longueurs d'onde, conduisant à un volume de données à traiter très important, et donc à de nouveaux challenges dans le domaine de la SAS. Pour l'application en astrophysique, nous avons travaillé sur la mission EUCLID dont le lancement du satellite est prévu en 2022. Cette mission a pour but de mieux comprendre la nature de l'énergie noire, et en quoi cette énergie est responsable de l'accélération de l'expansion de l'univers. Pour cela, la spectroscopie sans fente va être utilisée pour cartographier le ciel, plus précisément pour observer les galaxies et leurs spectres. Or, les instruments utilisés dans ce type de spectroscopie, appelés grismes, induisent un mélange des spectres observés. Dans nos travaux, nous exploitons les spécificités du spectro-photomètre NISP dont le satellite sera équipé, et notamment des grismes, pour créer deux méthodes de séparation adaptées à EUCLID. La redondance d'informations due à l'acquisition de données dans plusieurs directions de dispersion du grisme a permis de créer un algorithme de fusion de données original et de développer une méthode de séparation efficace applicable à tous les spectres observables. Les spécificités optiques du grisme nous ont, quant à elles, permis de créer une autre méthode de séparation donnant une estimation des spectres plus précise, et applicable aux objets très lumineux. En ce qui concerne l'observation de la Terre, nos travaux ont été motivés par le besoin de développer des méthodes de SAS adaptées à des cas dits "complexes" tels que le cas de mélanges non linéaires, et particulièrement des mélanges bilinéaires, qui sont usuels dans le cas de scènes urbaines notamment. Les propriétés habituellement exploitées dans les méthodes de SAS de la littérature telles que la parcimonie ou l'indépendance statistique n'étant pas adaptées à ce genre de scènes, nous avons utilisé de nouveaux stratagèmes pour pouvoir séparer efficacement les sources. En effet, nous avons développé une approche reposant plus sur le type de modèle de mélange, i.e. le mélange bilinéaire, et ces particularités plutôt que sur les propriétés des sources ou des données. Cette méthode a pour principal avantage de ne nécessiter que très peu d'a priori sur les sources contrairement aux approches de la littérature, et demande seulement l'indépendance linéaire des sources et certains de leurs produits.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Deville, Yannick
Hosseini, Shahram
Ecole doctorale:Mathématiques, informatique, télécommunications de Toulouse (MITT)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), UMR 5277
Mots-clés libres :Séparation aveugle de sources - Imagerie hyperspectrale - Démélange non supervisé - Astrophysique - Observation de la Terre
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :22 Jan 2021 15:28