On présente ici les traitements qui ont été réalisés pour homogénéiser les données des six scènes SPOT dont l'acquisition est nécessaire pour couvrir le degré carré de Niamey. Les données concernées par ces traitements sont celles des deux radiomètres Haute Résolution Visible (HRV1 et HRV2) multispectraux embarqués à bord de SPOT1, en date du 24 octobre 1988. Il s'agissait d'obtenir une spatio-carte préalable à la cartographie des états de surface au 1/200 000 du degré carré et de mettre au point une méthode de traitement réutilisable pour d'autres dates. Les principales étapes de ce traitement sont : la calibration radiométrique, la mosaïque des six images, l'atténuation du gradient bioclimatique, et enfin la correction géométrique. Les spatio-cartes ainsi réalisées sur le degré carré au 1/200 000 et sur le Super-Site central au 1/50 000 sont fournies comme illustration de ce travail. (Résumé d'auteur

Noël, Jacques

Timouk, Franck

Horizon / Pleins textes

UNE PREMIÈRE ÉTAPE VERS LA CARTOGRAPHIE DES ETATS DE SURFACE DU DEGRÉ CARRÉ DE NIAMEY : 
PRiTRAITEMENTS CÉOMklRIQUE ET RADIOMÉTRIQUE DES IMAGES SPOT DU 24 OCTOBRE 1988 
Franck TIMOUK, Jacques NOËL 
Mission technique Télédétection, ORSTOM 
BP 7 1416, Niamey, Niger 
RÉSUMÉ 
On présente ici les traitements qui ont été réalisés pour homogénéiser les données des six scènes 
SPOT dont l’acquisition est nécessaire pour couvrir le degré carré de Niamey. Les données concer- 
nées par ces traitement sont celles des deux radiomètres Haute Résolution Visible (HRVl et HRV2) 
multispectraux embarqués à bord de SPOTl, en date du 24 octobre 1988. II s’agissait d’obtenir une 
spatio-carte préalable à la cartographie des états de surface au 1/200 000 du degré carré et de mettre 
au point une méthode de traitement réutilisable pour d’autres dates. Les principales étapes de ce trai- 
tement sont : la calibration radiométrique, la mosaïque des six images, l’atténuation du gradient 
bioclimatique et enfin la correction géométrique. Les spatio-cartes ainsi réalisées ur le degré carré 
au 1/200 000 et sur le Super-Site Centrai au 1/50 000 sont fournies comme illustration de ce travail. 
ABSTRACT 
The processing carried out to homogenize the data from the six SPOT images needed to caver 
the Niamey one by one degree square is presented. The data concerned, in date of 24 October 1988, 
corne from the two multi-channels High Resolution Visible radiometers embarked aboard SPOTl. 
The aim was to design a method that could be used for any other date and to obtain a preliminary 
document from which a land surface features map could be derived. The main steps of the proces- 
sing are: the radiometric alibration, the buildjng of a mosaic of the six images, the attenuation of the 
bioclimatic gradient, and, finally, the geometric orrection. The maps resulting from these treatments 
are given to illustrate this work. 
1. INTRODUCTION 
Cette étude reprend et complète un travàil commencé par Dominique COURAULT en 1991. Le 
traitement de six images satellites SPOT1 multispectrales du 24 octobre 1988 couvrant l’ensemble 
du degré carré de Niamey (13” NI1 4” N, 2” S-3’ SI a permis d’établir une spatio-carte à l’échelle 
1/200 000. Ce document intermédiaire est une première approche vers l’identification d’unités 
d’états de surface sahéliens par télédétection et de prospection de sites pilotes pour l’expérience 
HAPEX-Sahel (composition colorée en figure 1). On décrit ici l’ensemble des opérations qui ont 
été nécessaires à la réalisation d’une spatio-carte superposable à la feuille topographique de 
Niamey. II s’agit, d’une part, des corrections géométriques et de l’homogénéisation radiomé- 
trique, et, d’autre part, de la discrimination des confusions radiométriques pour la classification, 
10 Hydrologie et météorologie de méso-échelle dans Hapex-Sahel : dispositif de mesures au sol et premiers résultats 
2. MATÉRIEL UTILISÉ 
Les systèmes de traitement d’images, fonctionnant sur station SUN, PLANETES (RAKOTO M., 
1992) et TEIS développés à I’ORSTOM par Jacques NOËL, ont permis la réalisation de l’ensemble des 
opérations. Deux programmes en language C ont été developpés au standard (( PLANETES )) pour 
faciliter les opérations de localisations géographiques et de navigation sur images satellites (( hautes 
résolutions » par Franck TIMOUK et Jean-Yves LAISNE. Ils ont été inspirés par les modules de même 
type du logiciel TRISKEL mis au point par D. DAGORNE de l’antenne ORSTOM au Centre de météo- 
rologie spatiale de Lannion. Pour les traitements thématiques, la visualisation et l’échantillonage se 
sont réalisés ur la console 24 bits d’un PERICOLOR 3000. La restitution graphique des résultats ’est 
réalisée sur imprimante CALCOMP grâce à l’intégration du matériel de l’unité de traitement 
d’images de I’ORSTOM-Niger dans la chaîne d’acquisition-traitement-restitution de données satelli- 
taires du centre AGRHYMET (Comité inter-États de lutte contre la sécheresse au Sahel). 
3. CARACTÉRISTIQUES DES IMAGES DU DEGRÉ CARRÉ DE NIAMEY 
Six images SPOT sont nécessaires pour couvrir le degré carré de Niamey. Dans la grille de 
référence SPOT, elles sont centrées sur les nœuds des K 61 et 62 et des J 322, 323 et 324. Les 
données images sont acquises simultanément par les deux instruments Haute Résolution Visible 
multispectraux de SPOT1 . 
Une première stratification du degré carré a dans un premier temps permis d’identifier cinq 
domaines physiographiques à partir des cartes pédologiques au 1/500 000 et d’un indice de végéta- 
tion NOAA (COURAULT et a/., 1991). Ils mettent principalement en évidence un gradient nord-sud et 
la répartition spatiale de grands ensembles géomorphologiques. A ces latitudes de transition 
soudano-sahélienne, l’ensemble du degré carré, d’une surface d’environ 12 000 kmz, est marqué par 
un fort gradient bioclimatique nord-sud. Nous avons dans un premier temps observé le long de ce 
gradient, les signatures spectrales d’un taxon facilement identifiable par les thématiciens. Les 
bordures de plateaux cuirassés présentent cet avantage. Les écarts de comptes numériques entre le 
nord et le sud sont de 1 à 20 dans le canal proche infrarouge, de 1 à 10 dans le rouge et inexistant 
dans le vert. Ces écarts sont dus, dans ce cas, aux implantations arbustives, qui se densifient vers les 
latitudes méridionales, sur les ruptures de pentes et les ravines qui festonnent le talus des plateaux. 
Pour cette première cartographie, nous avons uniquement retenu l’importance du gradient, 
contrainte majeure pour l’identification des structures. 
4. PRÉTRAITEMENTS DES IMAGES 
Nous décrivons ici les prétraitements élémentaires pour la mise en conformité géographique 
et radiométrique des images. 
4.1. Calibration radiométrique 
II est entendu par calibration radiométrique, l’ajustement des données acquises par i’instru- 
ment HRV2 de SPOT1 sur celles de I’HRVI . Le manque de données sur l’état de l’atmosphère ne 
nous a pas permis d’effectuer une transformation de compte numérique en réflectance sol. A partir 
de zones échantillons prélevées sur les bandes de recouvrement commun des images, nous avons 
ajusté la dynamique des valeurs (tableau 1 j. Cette étape permet d’homogénéiser les images avant 
leur assemblage. 
Prétraitements géométrique et rad&&ique des images SPOT 11 
4.2. Mosaïque des six images SPOT 
Cette étape consiste à reconstituer le segment d’images ouest puis à injecter les images ajus- 
tées une à une dans un fichier de réception (9 140 lignes, 7 660 colonnes). Après repérage de 
points d’appui d’injection, la mosaïque en ligne s’est effectuée en supprimant les 150 pixels 
correspondant aux trois kilomètres de recouvrement. 
4.3. Atténuation du gradient bioclimatique 
La nature linéaire de ce gradient autorise une partition arbitraire de l’image du degré carré en 
10 bandes de 6 minutes chacune. Les valeurs de chaque bande, pour les canaux nécessitant une 
homogenéisation, ont subi les corrections nécessaires, soit l’addition dans la direction nord-sud- 
d’un incrément de 1 pour le canal XS2 et de 2 pour le canal XS3. Cette étape est essentiellement 
guidée par le choix délibéré de faciliter la synthèse cartographique des paysages du degré carré au 
dépend de la réalité du thème N végétation ». 
Tableau 1 : Ajustement dynamique par segmentations à partir des zones échantillons prélevées sur la bande 
de recouvrement des images ouest et est (K61 : HRVl et K62 : HRV2); scènes SPOT1 du 24 octobre 1998, 
Coordonnées des zones prélevées 
sur la bande de recouvrement 
Ajustement des comptes 
numériques des images 
du K62 sur celles du K61 
0; 57 
58;llO 
11;255 
0;50 
51;60 
61;80 
81;255 
0;50 
51;60 
61;70' 
71;ao 
81;90 
91;25- 
O;S2 0;50 O;s7 0;70 0;73 
53;63 51;60 58;69 71;80 ;4;84 
64;84 61;70 70;81 81;90 ' 85;95 
85;255 71;aO 82;93 91;loo 96;106 
81;85 94;99 101;255 107;255 
86;255 100;255 
.0;5i' 0;50 0;58 0;ao O;s5 
52;62 51;60 59;69 81;lZO 86;125 
63;73 61;70 70;81 121;255 126;255 
74;84 71;80 8292 
85;95 81;90 93103 
. . 
96;2551 91;2551104;2551 
.' -. 
12 Hydrologie et météorologie de méso-échelle dans Hapex-Sahel : dispositif de mesures au sol et premiers résultats 
4.4. Correction géométrique 
Nous avons disposé de la feuille topographique IGN 1/200 000 de Niamey (1980), seul docu- 
ment assez précis et disponible pour cette opération. Après repérage des points d’appui de corres- 
pondance entre les pixels et les coordonnées cartographiques kilométriques (ellipsolde de Clark 
1880, projection U.7.M 3 11, il a été calculé à l’aide du programme (( Grille J (TE/$ deux poly- 
nômes du second degré (en ligne et colonne), sur les trois meilleurs points d’appui (tableau 2). La 
formule, une fois validée, a servi à I’anamorphose du fichier (translation, rotation, mise à l’échelle 
de sortie), ce qui induit une déformation des pixels de base. La taille moyenne du pixel est de 
25,346 mètres en colonne et 25,287 mètres en ligne à l’échelle 1/200 000. 
Tableau 2 :Table de correspondance entre les points d’appui satellitaires de la mosaïgue des 6 images 
SPOT et cartographiques dela feuille topographique IGN de Niamey (en kilomètres). 
Les polynômes ont été calculés sur A, F et E et validés sur 8, C et D. La formule d’anamor- 
phose s’établit comme suit (1 et c étant respectivement les numéros de ligne et de colonne) : 
X = (- 0,29768 [II) t (1,97356 [cl) + 386,52 
Y = (- 1,97692 [II) t (- 0,29928 [cl) t 1596,45 
La précision planimétrique est de l’ordre de 150 m. Les imprécisions du document cartogra- 
phique de référence et du modèle de déformation ne nous permettent pas de diminuer cette erreur 
qui reste acceptable à l’échelle 1/200 000. 
5. EXEMPLE DE RÉALISATION D’UNE ~PATIO-CARTE N RELATION AVEC LES ÉTATS DE 
SURFACE OBSERVÉS AU SAHEL 
La notion d’état de surface correspond à la définition, à l’échelle du mètre carré, d’une unité fonc- 
tionnelle homogène d’un point de vue hydrodynamique. Cette unité est décrite par le couvert végétal, 
l’organisation pédologique superficielle, l’utilisation du sol et la géomorphologie du site. La recon- 
naissance de ces états de surface par télédétection, notamment avec la résolution de vingt mètres des 
satellites SPOT, implique la recherche d’une ou plusieurs unités élémentaires jointives. Pour les 
images du mois d’octobre 1988, nous avons identifié les objets composites elon le recouvrement par 
la végétation et la couleur de la surface du sol, mais aussi par la reconnaissance des organisations 
caractéristiques d’un site. Les caractéristiques spectrales des principales organisations de la-surface 
des sols au Niger nous ont été founies par Dominique COURAULT (COURAULT et a/., 1990). 
5.1. Identification des structures « plateaux » 
Cette première étape consiste à éliminer les confusions existantes entre les bordures de 
plateaux cuirassés et les jachères. Sur l’ensemble du degré carré, les plateaux ont été masqués à 
l’écran en se servant de la limite extérieure des bordures cuirassées latéritiques. Dans le cas où 
celles-ci n’étaient pas apparentes, deux critères tenant compte des formes de l’objet et de la 
couleur de la surface ont permis de déterminer une limite de transition géomorphologique :
Prétraitements géométrique et radiométrique des images SPOT 13 
1 - organisation de la végétation (référence aux formations arbustives typiques de plateaux); 
2 - homogénéité du plateau en composition colorée ou des niveaux de gris dans le canal 
proche-infrarouge. 
Certaines surfaces, plus ou moins tabulaires, le plus souvent ensablées, recouvertes de formes 
de végétation sans organisation régulière et entaillées par des vallées étroites ont posé des 
problèmes particuliers de reconnaissance de limites. II s’agit de lambeaux de surfaces au sud du 
degré carré qui représentent moins de 10 % de l’espace occupé par les plateaux du degré carré. 
Ce masque a permis la création de six plans. d’information, trois (( glacis et bas-fond 1) et trois 
(( plateau )) (XSl, XS2, XS3). 
5.2. Discrimination des unités 
Sur le canal proche-infrarouge des plateaux, les comptes numériques de 69 à 77 identifient les 
bordures, Le’masque permet de dissocier sans équivoque les bordures de plateaux des jachères. La 
phase d’apprentissage sur la composition colorée du site central de Banizoumbou (20 x 20 km) a 
mis en évidence, selon une échelle de perception au 1/50 000, 39 types d’états de surface. Les 
paramètres de statistique descriptive des zones échantillons (moyenne et écart-type) ont permis 
d’extrapoler les thèmes à l’ensemble du degré carré lors de la classification (méthode sebestyen du 
logiciel PLANETES). Les canaux « plateau )) et « glacis, bas-fond » ont été classés à part. Les deux 
plans classés ont ensuite été superposés. En interaction avec la connaissance du terrain des théma- 
ticiens, les 40 classes élémentaires ont ensuite été agrégées afin d’obtenir douze unités d’états de 
surface pertinents au 1/200 000 (d’HER6Ès et a/, 1992). Le lissage des contours et l’élimination des 
pixels isolés se sont réalisés avec un filtre majoritaire (fenêtre glissante de 5 x 5). 
6. PERSPEC-fIVES 
L’hétérogénéité du degré carré décrite entre les grands domaines physiographiques n’a, 
jusqu’à présent, pas’été prise en compte. Elle reste pourtant une des contraintes importantes pour 
l’identification d’unités fonctionnelles. 
Les données atmospheriques collectées lors de la Période d’observation Intensive d’HAPEX- 
Sahel. permettront de corriger les 21 scènes SPOT2 acquises pendant l’expérience pour une 
meilleure interprétation du comportement spectral des unités de’surface. 
La validation des travaux sur jes images satellites de 1992 qui complèteront cette première 
approche de cartographiè pàr télédétection des états de surface pourront s’appuyer sur les photo- 
graphies aériennes à différentes échelles géographiques acquises lors de la Période d’observation 
Intensive du programme HAPEX-Sahel. 
La cartographie des ktats de surface à l’échelle 1/50 On0 sur le site central de Banizoumbou, 
qui a suivi cette première carte, a requis une plus grande précision planimétrique (composition 
colorée en figure 2). L’utilisation des coordonnées géographiques acquises à l’aide de l’instrument 
du Geodesic Positioning System (GPS) ont permis de placer des transe& phyto-écologiques avec 
une précision de l’ordre de 40 à 60 mètres. Une campagne de relevés de points d’appui sur I’en- 
semble du degré carré nous permettra à la fois d’améliorer la qualité cartographique des images 
de 1992, et de poser les références géographiques pour toute intégration et combinaison de 
données graphiques avec ces informations atellitaires. 
14 Hydrologie et météorologie de méso-échelle dans Hapex-Sahel : dispositif de mesures au sol et premiers résuliats 
Figure 1 : Mosaique des images SPOT corrigées géométriquement t radiométriquement surle degré carré 
. ’ 13°N-14”N;2”E-3”E. 
Prétraitements géométrique et radiométrique des images SPOT 15 
Figure 2. Détail sur le super-site central de la carte de la figure 1 
(13” 29,21’ - 13” 40’; 2” 36,77’ - 2’47,88’). 
16 Hydrologie et météorologie de méso-échelle dans Hapex-Sahel : dispositif de mesures au sol et premiers résultats 
RÉFÉRENCES 
COURAULT D., J.M. D’HERBES, C. VALENTIN, 1990, Caractéristiques pectrales des principales orga- 
nisations de la surface des sols au Niger, in Caractérisation et suivi des milieux terrestres en 
régions arides et tropicales, compte rendu des deuxièmes journées de télédétection de 
I’ORSTOM - Bondy 4-6 décembre, Editions de I’ORSTOM, collection Colloques et 
Séminaires, pp. 39-47. 
COURAULT D., J.M. D’HERBES, C. VALENTIN, D. RÉMY, 1991, Etude de la variabilité spatiale du 
comportement hydrodynamique des sols au Niger à partir d’images satellitaires, in fhysical _ 
Measurements and Signatures in Remote Sensing, compte rendu du Ve colloque internatio- 
nal - Courchevel, 14-l 8 janvier, ESA SP-3-l 9, pp. 601-604. 
D’HERBÈS J.M., D. COURAULT, F. TIMOUK, C. VALENTIN, 1992, Spatio-carte des états de surface du 
degré carré de Niamey au 1/200 000, Unité de traitement d’images Mil de I’antenne,de télé- 
détection ORSTOM au centre AGRYMET-Cilss, ORSTOM-Niger. 
RAKOTO, M., 1992, logiciel PLANETES version 2.0, ORSTOM-SEAS, La Réunion (2 disquettes 
SUN). 


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