Multiscale and multifractal analysis of meteorological satellite images: Application to the detection of rainfall areas
Analyses multiéchelle et multifractale d'images météorologiques: Application à la détection de zones précipitantes
Résumé
We are interested with the characterization, on meteorological infrared images, of convective clouds responsible for hard weather situations like rainfalls. The study of the statistical and physical properties of atmospherical phenomena reveals a chaotic and turbulent behaviour, characterized by the scale invariance of some relevant quantities defined on the system. In this context, we use multiscale image processing tools derived from thermodynamical concepts that were initially introduced for turbulent data analysis. First, a multifractal model allows us to detect the strongest transitions in the signal and provides a hierarchical decomposition of the image. We show that the exhibited geometrical structures are related with the atmospherical mecanisms. Then, we propose to extend the multifractal formalism to extract the foci of diffusion of the luminance in the image. We finally identify those foci in infrared images with convective areas associated with rainfalls.
Dans cette thèse, nous nous intéressons, à la caractérisation, sur des images météorologiques infrarouges, des systèmes convectifs susceptibles d'engendrer de fortes pluies. L'étude des propriétés statistiques des phénomènes observés révèle une évolution chaotique, mise en évidence par l'invariance d'échelle de certaines grandeurs significatives. Pour les étudier, nous introduisons des méthodes multiéchelles de traitement d'image dérivées de concepts thermodynamiques et qui constituent un prolongement des méthodes d'analyse de la turbulence. Nous utilisons tout d'abord un modèle multifractal afin de détecter les singularités du signal et d'extraire, dans une décomposition hiérarchique de l'image, des structures pertinentes pour la compréhension des mécanismes atmosphériques. Nous proposons ensuite une extension de ce modèle permettant d'exhiber les zones de diffusion de la luminance dans l'image et d'identifier les zones de convection associées aux précipitations.