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A sparsity-based variational approach for the restoration of SMOS images from L1A data

Authors :
Pablo Musé
Javier Preciozzi
Sylvain Durand
Andrés Almansa
Ali Khazaal
Bernard Rouge
Instituto de Ingeniería Eléctrica (IIE)
Universidad de la República [Montevideo] (UCUR)
Laboratoire Traitement et Communication de l'Information (LTCI)
Télécom ParisTech-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Mathématiques Appliquées Paris 5 (MAP5 - UMR 8145)
Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions (INSMI)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Contrat CESBIO - Telecom ParisTech - dSense
ANR-14-CE27-0019,MIRIAM,Restauration Multi-Images: des Mathématiques Appliqueés à l'Industrie de l'Imagerie.(2014)
ANR-11-LABX-0056,LMH,LabEx Mathématique Hadamard(2011)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR: 11-LABX-0056,LMH,LabEx Mathématique Hadamard(2011)
Universidad de la República
Télécom ParisTech - Institut Mines-Télécom [Paris] - Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
MAP5 - Mathématiques Appliquées à Paris 5 (MAP5)
Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5) - Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions - Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paul Sabatier - Toulouse 3 (UPS) - CNES - INSU - Observatoire Midi-Pyrénées - Observatoire Midi-Pyrénées - OMP (FRANCE) - Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-14-CE27-0019, MIRIAM, Restauration Multi-Images: des Mathématiques Appliqueés à l'Industrie de l'Imagerie.(2014)
Universidad de la República [Montevideo] (UDELAR)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Instituto de Ingeniería Eléctrica ( IIE )
Laboratoire Traitement et Communication de l'Information ( LTCI )
Télécom ParisTech-Institut Mines-Télécom [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Mathématiques Appliquées à Paris 5 ( MAP5 - UMR 8145 )
Université Paris Descartes - Paris 5 ( UPD5 ) -Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Centre d'études spatiales de la biosphère ( CESBIO )
Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS )
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Observatoire Midi-Pyrénées ( OMP ) -Centre National d'Etudes Spatiales ( CNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
ANR-14-CE27-0019,MIRIAM,Restauration Multi-Images: des Mathématiques Appliqueés à l'Industrie de l'Imagerie. ( 2014 )
ANR-11-IDEX-0003-02/11-LABX-0056,LMH,LabEx Mathématique Hadamard ( 2011 )
Source :
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2017, 55 (5), pp.2811--2826. ⟨10.1109/TGRS.2017.2654864⟩, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2017, 55 (5), pp.2811--2826. ⟨10.1109/TGRS.2017.2654864⟩, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2017, 55 (5), pp.2811--2826. 〈http://ieeexplore.ieee.org/document/7858753/〉. 〈10.1109/TGRS.2017.2654864〉
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

The SMOS mission senses ocean salinity and soil moisture by measuring Earth's brightness temperature using in-terferometry in the L-band. These interferometry measurements known as visibilities constitute the SMOS L1A data product. Despite the L-band being reserved for Earth observation, the presence of illegal emitters cause radio frequency interference (RFI) that mask the energy radiated from the Earth and strongly corrupt the acquired images. Therefore, the recovery of brightness temperature from corrupted data by image restoration techniques is of major interest. In this work we propose a variational model to recover super-resolved, denoised brightness temperature maps by decomposing the images into two components: an image T that models the Earth's brightness temperature and an image O modeling the RFIs. Experiments with synthetic and real data support the suitability of the proposed approach.

Subjects

Subjects :
[ MATH.MATH-OC ] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Inverse problems
Earth observation
Synthetic aperture imaging
0211 other engineering and technologies
Image sensors
[ SPI.SIGNAL ] Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
02 engineering and technology
[ INFO.INFO-CV ] Computer Science [cs]/Computer Vision and Pattern Recognition [cs.CV]
Physics::Geophysics
Image restoration
[INFO.INFO-CV] Computer Science [cs]/Computer Vision and Pattern Recognition [cs.CV]
Radio Interferometry
[INFO.INFO-TI] Computer Science [cs]/Image Processing
[ INFO.INFO-TI ] Computer Science [cs]/Image Processing
0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering
Satellite imagery
Electrical and Electronic Engineering
Image sensor
Optimization methods
Physics::Atmospheric and Oceanic Physics
[SPI.SIGNAL] Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
021101 geological & geomatics engineering
Remote sensing
[INFO.INFO-CV]Computer Science [cs]/Computer Vision and Pattern Recognition [cs.CV]
[ MATH.MATH-NA ] Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA]
[MATH.MATH-NA] Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA]
Inverse problem
Environmental radiation effects
Interferometry
Brightness temperature
Computer Science::Computer Vision and Pattern Recognition
[INFO.INFO-TI]Computer Science [cs]/Image Processing [eess.IV]
General Earth and Planetary Sciences
020201 artificial intelligence & image processing
[MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
[SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Geology
Energy (signal processing)
[MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA]

Details

Language :
English
ISSN :
01962892
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2017, 55 (5), pp.2811--2826. ⟨10.1109/TGRS.2017.2654864⟩, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2017, 55 (5), pp.2811--2826. ⟨10.1109/TGRS.2017.2654864⟩, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2017, 55 (5), pp.2811--2826. 〈http://ieeexplore.ieee.org/document/7858753/〉. 〈10.1109/TGRS.2017.2654864〉
Accession number :
edsair.doi.dedup.....1a559a3f33ac3d23e178549b704a590a
Full Text :
https://doi.org/10.1109/TGRS.2017.2654864⟩