Modelling of the optical signature of oil slicks at sea for the analysis of multi- and hyperspectral VNIR-SWIR images - ONERA - Office national d'études et de recherches aérospatiales Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Optics Express Année : 2021

Modelling of the optical signature of oil slicks at sea for the analysis of multi- and hyperspectral VNIR-SWIR images

Modélisation de la signature optique des nappes de pétrole en mer pour l'analyse des images multi et hyperspectrales dans le VIS-SWIR

Résumé

This work focuses on the contribution of modelling for the interpretation of multi- or hyperspectral optical images for the detection, characterisation and quantification of oil spills. Many parameters contribute to the spectral signature of an oil layer on the sea surface: the optical properties of the water column and of the oil, the film thickness, the surface roughness, the atmospheric radiance reaching the surface (direct and diffuse components), the geometry of observation and illumination. The number of these contributors and their combinations make the analysis of the spectral variability of oil signatures at the sea surface complex. Modelling approaches allow us to consider all those parameters and can then provide useful information to improve the interpretation of optical images. The model presented in this paper simulates the radiance of an oil layer from visible to short wave infrared spectral domains, taking into account all the above-mentioned parameters. The damping influence of the oil layer on sea surface waves is also considered. Comparisons of the simulations with in situ measurements shows a good overall agreement despite the lack of knowledge of some input parameters of the model. In combination with laboratory and in-the-field measurements, the model is then used to assess the expected contrast between water and oil and to estimate oil slick volume.
Ce travail se concentre sur la contribution de la modélisation pour l'interprétation des des images optiques hyperspectrales pour la détection, la caractérisation et la quantification des nappes de pétroles. De nombreux paramètres contribuent à la signature spectrale d'une couche d'hydrocarbures à la surface de la mer : les propriétés optiques de la colonne d'eau et des hydrocarbures, l'épaisseur du film, la rugosité de la surface, le rayonnement atmosphérique atteignant la surface (composantes directe et diffuse), la géométrie de l'observation et de l'illumination. Le nombre de ces facteurs et leurs combinaisons rendent complexe l'analyse de la variabilité spectrale des signatures d'hydrocarbures à la surface de la mer. Les approches de modélisation permettent de prendre en compte tous ces paramètres et peuvent ensuite fournir des informations utiles pour améliorer l'interprétation des images optiques. Le modèle présenté dans cet article simule la luminance d'une couche de pétrole du visible au SWIR en tenant compte tous les paramètres mentionnés ci-dessus. L'influence de la couche de pétrole sur l'amortissement des vagues est également pris en compte. La comparaison des simulations avec les mesures in situ montre un bon accord global malgré la méconnaissance de certains paramètres d'entrée du modèle. Combiné à des mesures terrain et en laboratoire , le modèle est ensuite utilisé pour évaluer le contraste attendu entre l'eau et le pétrole et pour estimer le volume de la nappe de pétrole.

Dates et versions

hal-03240664 , version 1 (28-05-2021)

Identifiants

Citer

Karine Caillault, Laure Roupioz, Francoise Viallefont-Robinet. Modelling of the optical signature of oil slicks at sea for the analysis of multi- and hyperspectral VNIR-SWIR images. Optics Express, 2021, 29 (12), pp.18224-18242. ⟨10.1364/OE.424953⟩. ⟨hal-03240664⟩
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