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Simulated JWST datasets for multispectral and hyperspectral image fusion

Authors :
Émilie Habart
Thomas Oberlin
Nicolas Dobigeon
Olivier Berné
Claire Guilloteau
Centre National d'Études Spatiales - CNES (FRANCE)
Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE)
Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace - ISAE-SUPAERO (FRANCE)
Institut universitaire de France - IUF (FRANCE)
Université Paris-Saclay (FRANCE)
Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE)
Université Toulouse - Jean Jaurès - UT2J (FRANCE)
Université Toulouse 1 Capitole - UT1 (FRANCE)
Institut d'Astrophysique Spatiale - IAS (Paris, France)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Signal et Communications (IRIT-SC)
Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT)
Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO)
Institut d'astrophysique spatiale (IAS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Universitaire de France (IUF)
Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
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 de Recherche pour le Développement (IRD)-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)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI)
Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
Source :
The Astronomical Journal, The Astronomical Journal, American Astronomical Society, 2020, 160 (1), pp.0. ⟨10.3847/1538-3881/ab9301⟩, The Astronomical Journal, 2020, 160 (1), pp.0. ⟨10.3847/1538-3881/ab9301⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
arXiv, 2020.

Abstract

International audience; The James Webb Space Telescope (JWST) will provide multispectral and hyperspectral infrared images of a large number of astrophysical scenes. Multispectral images will have the highest angular resolution, while hyperspectral images (e.g., with integral field unit spectrometers) will provide the best spectral resolution. This paper aims at providing a comprehensive framework to generate an astrophysical scene and to simulate realistic hyperspectral and multispectral data acquired by two JWST instruments, namely, NIRCam Imager and NIRSpec IFU. We want to show that this simulation framework can be resorted to assess the benefits of fusing these images to recover an image of high spatial and spectral resolutions. To do so, we make a synthetic scene associated with a canonical infrared source, the Orion Bar. We develop forward models including corresponding noises for the two JWST instruments based on their physical features. JWST observations are then simulated by applying the forward models to the aforementioned synthetic scene. We test a dedicated fusion algorithm we developed on these simulated observations. We show that the fusion process reconstructs the high spatio-spectral resolution scene with a good accuracy on most areas, and we identify some limitations of the method to be tackled in future works. The synthetic scene and observations presented in the paper can be used, for instance, to evaluate instrument models, pipelines, or more sophisticated algorithms dedicated to JWST data analysis. Besides, fusion methods such as the one presented in this paper are shown to be promising tools to fully exploit the unprecedented capabilities of the JWST.

Details

ISSN :
00046256 and 15383881
Database :
OpenAIRE
Journal :
The Astronomical Journal, The Astronomical Journal, American Astronomical Society, 2020, 160 (1), pp.0. ⟨10.3847/1538-3881/ab9301⟩, The Astronomical Journal, 2020, 160 (1), pp.0. ⟨10.3847/1538-3881/ab9301⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....93fd4f47b70997582ea1b32ba4533856
Full Text :
https://doi.org/10.48550/arxiv.2001.02618