Extraction des éléments bâtis sur une image SPOT 5 Panchromatique : le cas de 4 communes de la Martinique

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Michelle Bernard
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Territoires Caraïbe Auteur : Antoine Cheula Climat Milieu

Septembre 2010 Littoral Projet CARIBSAT Programme INTERREG

1 Extraction des éléments bâtis sur une image SPOT 5 Panchromatique : le cas de 4 communes de la Martinique Territoires Caraïbe Auteur : Antoine Cheula Climat Milieu marin Partenaire : UMR ESPACE-DEV, IRD Mangrove Date : Septembre 2010 Littoral Projet CARIBSAT Programme INTERREG Caraïbe IV Urbanisation Biodiversité Risques naturels

2 SOMMAIRE 1. Objectifs. p.3 2. Données utilisées. p.3 3. Méthodologie p.4 a. Filtre de contraste b. Ouverture morphologique c. Déconnexion des éléments de bâti d. Seuillage e. Vectorisation 4. Résultats.p.7 a. Zone de forte concentration de bâti b. Zone d habitat diffus c. Le problème des nuages 5. Conclusion. p.7 ANNEXE 1.p.8 ANNEXE2....p.11 ANNEXE 3... p.14 2

1. Objectifs Suite à la réunion du 25 août portant sur la collaboration des actions 1 et 8 du projet CARIBSAT, deux objectifs techniques ont été visés : - Proposition d une méthodologie d

3 1. Objectifs Suite à la réunion du 25 août portant sur la collaboration des actions 1 et 8 du projet CARIBSAT, deux objectifs techniques ont été visés : - Proposition d une méthodologie d identification de la limite des espaces construits ou «taches urbaines» en Martinique à partir d images de télédétection. - Mise en place d une méthodologie permettant de caractériser l intensité du bâti à l intérieur des taches urbaines à partir d image de télédétection. Ces deux objectifs permettront d étudier les dynamiques urbaines d une manière globale, ainsi que les dynamiques spatiales plus fines à l intérieur même des zones construites. Ce rapport porte sur le deuxième objectif énoncé. Les sites tests retenus ont été mentionnés au cours de la réunion : - Commune de Fort-de-France - Commune du Lamentin - Commune du Robert - Commune de Rivière Pilote Le choix de ces sites s est effectué dans un souci de représentativité des types de disposition spatiale de l habitat sur le territoire de la Martinique. 2. Données utilisées La donnée de télédétection utilisée doit permettre l extraction des éléments «construits» de l image afin de pouvoir mesurer leur densité à l intérieur des taches préalablement identifiées. J ai choisi de travailler sur l image SPOT 5 acquise le qui a l avantage de présenter une couverture nuageuse faible. Le canal panchromatique a été retenu pour sa résolution spatiale très fine (2.5 m). Fig. 1 : Extrait de la bande panchromatique de l image SPOT 5 du

4 3. Méthodologie La méthodologie utilisée se base sur une amélioration du contraste permettant l extraction semi-automatique des éléments bâtis de l image. La difficulté consiste donc à discriminer les éléments de bâtis de ceux qui ne le sont pas et qui apparaissent pourtant dans des teintes de gris similaires. La chaine de traitement a été appliquée sur les quatre espaces communaux retenus : Fig. 2 : Exemple du bourg de rivière pilote a. Filtre de contraste : ce filtre permet d accentuer les détails de l image en remplaçant chaque pixel par une moyenne pondérée de son voisinage. Fig. 3 : Filtre de contraste sur le site exemple 4

Cette ouverture s effectue avec une fenêtre passante de 3*3 pixels de manière à rehausser les éléments de l image les plus petits

5 b. Ouverture morphologique sur l image en niveau de gris : l ouverture permet de rehausser les valeurs de pixel les plus hautes, et d écraser les valeurs moyenne ou faible. Cette ouverture s effectue avec une fenêtre passante de 3*3 pixels de manière à rehausser les éléments de l image les plus petits (éléments bâtis). Fig. 4 : Ouverture morphologique 3*3 c. L image en niveau de gris est seuillée de manière à la transformer en une image binaire comportant les éléments de bâtis et les éléments non-bâtis. Fig. 5 : seuillage de l image 5

6 d. Déconnexion des éléments extraits par «ligne de partage des eaux». La ligne de partage des eaux est tracée à partir d une érosion «ultime» de chaque élément de l image, puis d une dilatation itérative jusqu à ce que les limites des éléments se rencontrent. Fig. 6 : Déconnexion des éléments par «ligne de partage des eaux» e. Vectorisation de l image binaire et suppression manuels des éléments aberrants (nuage, carrière, sols agricoles nus ). Fig. 7 : Vectorisation de l image binaire 6

7 4. Résultats Compte tenu de la petite taille des objets d étude et des surfaces étudiées, il est difficile de faire apparaitre les résultats obtenus dans leur intégralité. Quelques exemples choisis en annexe permettront d illustrer la discussion. a. Zone de forte concentration de bâti (cf. annexes 1 et 2) La méthode utilisée présente d assez bon résultats en milieu de forte concentration de bâti malgré les risques de confusion importants. Nous rencontrons peu de cas d omission, c'est-à-dire que la majeure partie des éléments bâtis sont pris en compte. Cependant, la ligne de partage des eaux, qui déconnecte les agrégats de bâtiments, peut entrainer une sursegmentation de certains éléments. Par ailleurs, certains éléments de routes parviennent mal à se discriminer. b. Zone d habitat diffus (cf. annexes 2 et 3) La méthode présente également de bons résultats. Cela s explique par le fait que le milieu est beaucoup plus contrasté. Les éléments étudiés sont donc plus facile à extraire. Ici aussi, les cas d omission ne sont pas très nombreux. Il faut noter cependant qu il peut exister une forte confusion avec le parcellaire agricole nu ou les zones d extraction minière. Ces artéfacts sont facilement détectables et peuvent être retirés manuellement. c. Le problème des nuages Les nuages ont la particularité de présenter un fort risque de confusion avec les éléments du bâti. Ils peuvent soit être masqués avant la chaine de traitement (algorithme de détection des nuages en cours de réalisation par D. Réchal), soit être retirés manuellement après les traitements. 5. Conclusion La méthodologie proposée présente des résultats relativement satisfaisant compte tenu des problèmes liés à la résolution de l image et aux bruits inhérents aux zones de bâtis. Elle présente toutefois la contrainte de n être que semi-automatique, c'est-àdire qu un passage manuel doit être effectué pour s affranchir de certaines confusions. Cette contrainte pourra être levée lorsque ces traitements seront couplés à ceux de D. Réchal qui délimitent la tâche urbaine d une part et les nuages d autre part. Par ailleurs, si les résultats semblent satisfaisants visuellement, il faudra prévoir une méthode de validation, notamment en ce qui concerne la surface des éléments extraits. Cette validation peut s envisager à partir de la BD TOPO produite par l IGN. Enfin, il faudra prévoir de reproduire la méthodologie utilisée sur des images plus récentes pour étudier les dynamiques des milieux urbains. 7

8 ANNEXE 1 : EXTRAIT DE FORT-DE-FRANCE 1. Image de départ 8

9 2. Extraction du bâti sans «ligne de partage des eaux» 9

10 3. Extraction du bâti avec «ligne de partage des eaux» 10

11 ANNEXE 2 : EXTRAIT DU LAMENTIN 1. Image de départ 11

12 2. Extraction du bâti sans «ligne de partage des eaux» 12

13 3. Extraction du bâti avec «ligne de partage des eaux» 13

14 ANNEXE 3 : EXTRAIT DE RIVIERE PILOTE 1. Image de départ 14

15 2. Extraction du bâti avec «ligne de partage des eaux» 15

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