Comparaison des MNS

Comparaison entre LPS et MicMac :

Nous n’avons pas de donnée terrain qui permette de comparer objectivement nos MNS. Cependant, nous avons tenter de rendre la comparaison la plus objective possible en faisant ressortir dans un premier temps les différences entre LPS et MicMac en soustrayant les valeurs des 2 MNS, et dans un deuxième temps en comparant les MNS au MNT d’IGN pour avoir une différence visuelle, avec le calcul de l’écart type pour voir concrètement lequel des 2 s’éloignent le plus des valeurs de l’IGN.

Pour réaliser cette carte, nous avons soustrait les valeurs altimétriques du MNS MicMac au MNS LPS. La variation des deux MNS permet de faire ressortir plusieurs points :

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- Polygone bleu (29 mètresd’altitude de moins pour LPS)

Cette variation ne peut-être induit à l’un ou l’autre des logiciels puisque cette zone avec de fortes valeurs négatives pour LPS correspond à une zone sans image (voir orthophoto).

- Polygone noir (11 mètres d’altitude de moins pour LPS)

De fortes variations sont également notables au niveau de l’entrée et sortie de la Grotte probablement dues à une difficulté pour les corrélateurs de données d’attribuer une valeur à cette zone à cause des ombres portées (Fig. III- 1).

- Polygone rouge (104 mètres d’altitude de moins pour LPS)

Cette variation est liée à un problème de corrélation fréquent avec LPS qui créé des Artefacts dans des localisations précises (chapitre III- 1. C).

- Trait vert

(

3 mètres d’altitude de plus pour LPS)

Suite à l’amélioration du MNS raster LPS, nous avons pu constater visuellement que l’effet de marche avait disparu, cependant, la comparaison montre de nouveau une séparation entre chaque couple.

Globalement, on peut remarquer qu’il y a beaucoup de valeurs qui divergent entre les 2 logiciels mis à part les artefacts constatés sur le MNS LPS. Il est intéressant désormais, de vérifier à partir de données annexes les MNS afin de visualiser au mieux le MNS qui s’écarte le plus de la réalité. C’est ce que nous allons voir à partir du MNT IGN avec une résolution à 50 mètres.

Je tiens à rappeler que cette comparaison finale avec le MNT IGN reste subjective puisque les valeurs n’ont pas pu être vérifiées sur le terrain. En effet, le procédé habituel pour ce type d’exercice consiste à relever des points terrain ou points de validation au sol avec un GPS pour les comparer au MNT

[Jacome et Al., 05]

.

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Comparaison avec le MNT IGN :

Variation altimétrique entre le MNS LPS et le MNS IGN à 50 mètres de résolution

Variation altimétrique entre le MNS MicMac et le MNS IGN à 50 mètres de résolution

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CONCLUSION

Difficultés

Les essais non concluants :

Comme détaillé en annexe avec le « cahier journalier personnel », il y a quelques travaux que nous avons effectués qui n’ont pas abouti à un résultat. Tels que :

Le pré-référencement des photos qui nous aura servi pour une pré-visualisation des clichés afin de valider le recouvrement entre chaque couple et choisir un échantillon de photos adéquat pour commencer la construction du MNT. Cependant, l’idée de départ était de définir une pré-orientation pour simplifier l’étape de référencement manuelle des Tiepoints et points de référence terrain. Cet essai n’a pas abouti puisque ce pré géoréférencement a faussé le calcul de l’aero-triangulation. (P.74 et p.79 - cahier journalier personnel).

Le rapport de la RMSE (Root Mean Square Error), donne à la fin de l’aéro-triangulation plusieurs informations. L’une d’entre elle consiste à donner les décalages de chaque point. Je pensais initialement qu’il était conseillé d’améliorer les points les plus décalés selon le rapport en les replaçant manuellement de + ou – x et y pixels. (P.76 - cahier journalier personnel), cela conduit toutefois à de « fausses améliorations » qui améliorent artificiellement la RMSE en masquant des erreurs sans améliorer la qualité de l’aéro- triangulation.

Le manque de Tiepoints sur les premiers blocs créés. En effet, au départ je pensais qu’il était plus judicieux de rentrer manuellement des Points de référence terrain (GCPs) plutôt que des tiepoints. Cependant, les GCPs sont trouvés à partir de la dalle IGN à 50 cms de résolution et à une saison différente, ce qui génère obligatoirement un décalage d’orientation alors qu’un Tiepoint, est un point de liaison trouvé entre deux images qui se recouvrent (couple stéréoscopique). Ce qui simplifie le travail et garantie une précision plus rigoureuse. (P.78 – cahier journalier personnel)

D’autres difficultés se sont présentées, la plus importante étant la mise en place automatique des Tiepoints dans LPS. Beaucoup de tests ont été mené pour faire la lumière sur le problème. Mon erreur aura été d’avoir attendu trop longtemps pour appeler le support technique et connaître la source du problème.

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Perspectives

- Indicateur temporel

La problématique du stage a été formulé dans l’optique de trouver une chaîne de production opérationnelle pour extraire un MNT à partir de photographies aériennes. Les deux logiciels ont été testés pour comparer leurs résultats mais aussi définir un indicateur définissant le temps nécessaire pour chacun avec un barème suivant le nombre de photos. Cet « indicateur de production » n’a pas été rédigé par manque de temps et suite aux problèmes rencontrés avec la mise en place automatique des Tiepoints qui jusqu’à la fin du stage ne me permettait pas de savoir s’il s’agissait d’un problème technique ou d’un problème lié à l’acquisition de donnée. Il serait donc envisageable dans la perspective de finaliser la conclusion de la problématique du stage, de refaire des blocs croissants avec une acquisition de donnée ayant les recouvrements adéquat pour extraire un MNT sans contrainte. Ces blocs croissants de 10, 20, 50 et 100 images serait réalisé avec la même méthodologie afin de mettre cet indicateur temporelle en place pour connaître le temps nécessaire pour réaliser un MNT à partir de photographies aériennes hautes résolutions.

- Quelle chaîne de production adopter ?

Au vu des comparaisons, il est évident de constater que le MNT MicMac pour ce genre d’application est le plus performant, seulement les outils IGN utilisés pour réaliser le travail le plus important et demandant le plus de temps ne sont pas en Open source. Cependant plusieurs solutions sont envisageables :

Simplifier l’étape la plus longue dans LPS qui consiste à identifier manuellement des points de liaison en intégrant les données de la centrale inertielle.

Trouver un accord avec IGN pour utiliser les outils annexes (Pastis et Apero).

Créer une passerelle entre LPS et MicMac afin d’utiliser l’orientation externe de LPS pour extraire le MNT avec MicMac. Cependant, il serait important de faire un test pour voir si MicMac est capable d’extraire un MNT de la même qualité avec une aero- triangulation différente de celle d’apero.

Etudier les produits qui donneront une valeur ajoutée au MNT tels que SpacEyes ;

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BIBLIOGRAPHIE

[Jacome et Al., 05] Jacome A., Puech C., Raclot D., Bailly J-S., Roux B, Extraction d’un

modele numérique de terrain à partir de photographies par drone. UMR TETIS CEMAGREF.

2005.

[Kraus et Waldhäusl] Kraus K., Waldhäusl P., Manuel de photogrammétrie, Principes et

procédés fondamentaux. Hermès editor, Paris, p. 407

[Jubelin G., 06] Jubelin G., Evaluation du potentiel de la télédétection par drone pour

l'agriculture: cas du blé. 2006. Rapport de stage Institut EGID Bordeaux III / Maison de la

Télédétection.

[Feurer D., 09] Feurer D., Géométrie 3D des lits de rivière par stéréophotogrammétrie à

travers l’eau. 2009. Thèse de doctorat en cotutelle.

[Pierrot et Paparoditis, 06] Pierrot-Deseilligny M., Paparoditis N., A multiresolution and

optimization-based image matching approach: an application to surface reconstruction from

Spot5-HRS stereo imagery, Publication du Laboratoire MATIS, IGN, Février 2006.

[Pierrot-Deseilligny M., 07] Pierrot-Deseilligny M., Micmac, un logiciel pour la mise en

correspondance automatique d’images dans le contexte géographique, Bulletin d’information

Scientifique et Technique de l’IGN n° 77, 2007.

Sites internets :

[SIG La Lettre, Mai 2009] SIG La Lettre, De Lothar à Klaus : l’information géographique

progresse, Février 2009, http://www.sig-la-lettre.com/?Fevrier-2009-De-Lothar-a-Klaus-l

(dernière consultation 02 juin 2009)

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[Wikipedia, 2009] Grotte du Mas d’Azil.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Grotte_du_Mas_d%27Azil (dernière consultation : 11 mai 2009)

Support de cours :

Labbé S., Constitution d’un MNT depuis un couple stéréoscopique, Mastère SILAT, Maison

de la Télédétection

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ANNEXES

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Tutoriel pour synchroniser les données GPS avec les fichiers EXIF

Avant de travailler sur GPicsync, il est important de savoir si le GPS et l’APN utilisé ont été réglés à la seconde prêt ou s’il y a une correction temporelle à prévoir.

Option / Correction temporelle

Pour pouvoir ajuster la correction temporelle, il faut trouver le waypoint correspondant à la photo en ouvrant le GPX à partir de google earth et aller voir dans le bloc note du GPX l’heure exacte du waypoint.

Quand cette étape est réglée, on peut alors lancer la synchronisation. C’est pendant la synchronisation, que le logiciel va écrire dans l’EXIF du Jpg.

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Tutoriel pour réaliser la pre-orientation des clichés

Préambule :

Qu’est-ce qu’un format .JGW

Ce format a été créé par ArcGis pour géo référencer une image .jpg. Données nécessaires à la création du fichier JGW/TFW :

- fichier GPX intégrant la trace de l’avion pendant les prises de vue - MNT IGN

- Outil Arc photo

- Photos aériennes incluant longitude / latitude dans le fichier EXIF (cf. Tutoriel GPicsync)

Transformer le fichier GPX sous Excel

Transformer le fichier GPX en fichier CSV avec le logiciel GPSBabel. Ouvrir le .CSV sous Excel pour apporter quelques modifications :

- Remplacer les points en virgules - Format de cellule

Latitude / Longitude Nombre – 6 décimales Course (angle de la trace) Nombre – 1 décimale - Fichier / enregistrer sous / .dbf

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Intégration des photographies aériennes sur la trace dans Arc Map

Ouvrir le DBF dans Arc Map. Clic droit / afficher les données x ; y

Rappel : x = longitude / y = latitude

Maintenant que nous matérialisons la trace GPS, nous allons créer le fichier de points correspondant aux photos.

Ouvrir Arc catalog et créer une geodatabase Ajouter la boite à outil Arc photo

(téléchargement de l’extension sur le support ESRI) Arcphoto toolbox / load photos

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Cette étape va permettre de créer des points géoréférencées grâce à la longitude / latitude renseignée dans le fichier EXIF des photos.

Si les fichiers EXIF ont été correctement renseignés avec GPicsync, vous devriez obtenir des points qui se superposent sur la trace du GPS.

Importer le système de projection (WGS84) du fichier de points photos à la couche liée au .DBF (trace de l’avion). Geodatabase nom du .shp répertoire ou se trouve les photos CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Manipulation de la table attributaire

Nous allons maintenant travailler sur la table attributaire du fichier de points créés. Pour ce faire, nous allons extraire le fichier de points qui se trouve dans la geodatabase pour l’exporter vers notre répertoire de travail.

Arc catalog / clic droit / exporter / fichier de formes (multiple)…

COORDONNEES

La longitude / latitude est défini en degrés décimaux dans la table attributaire puisqu’elle provient du GPS, nous allons donc créer 2 champs supplémentaires (x ;y) indiquant les coordonnées en mètre.

Arctoolbox / outils de gestion de données / entités / ajouter les coordonnées x :y Vérifier dans la table attributaire si les 2 champs ont été correctement renseignés.

CAP

Pour que le fichier auxiliaire que nous réalisons soit complet, nous devons intégrer le cap dans la table attributaire des points photos à partir de la superposition des points de la trace.

répertoire de travail CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Clic droit sur la couche / jointures et relations… / joindre

Vérifiez dans la table attributaire de cette nouvelle couche si vous avez tout à la fin un champ « course ». Ce champ correspond au cap de l’avion pendant la prise de vue.

ALTITUDE

Pour que notre table soit complète, il nous reste plus qu’à extraire l’altitude de chaque point à partir d’un MNT. Si le MNT que vous utilisez n’est pas projeté en WGS_84, vous allez devoir définir le même système de projection que le raster MNT à votre couche jointure_cap. ArcToolbox / Outil de Gestion de données / Projections et transformations / Entités / Projeter Ouvrir le MNT afin d’extraire l’altitude de chaque points dans un champ.

Arctoolbox / spatial analyst / extraction / extraction des valeurs vers les pts

nommer la couche jointure_cap _CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Comme vous pouvez le constater, il y a un grand nombre de champs inutiles, pour les supprimer :

Arctoolbox / gestion de données / champs / supprimer champs Voici la liste des champs à conserver :

FID_1 EXIF_GPSLA EXIF_GPSLO EXIF_GPSAL EXIF_PIXEL EXIF_PIX_1

SOURCEFILE POINT_X POINT_Y COURSE RASTERVALU

Exportez la table attributaire du dernier .shp créé (cap_alt_L2E) Clic droit / table attributaire / option / exporter

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Création du .JGW ou .TFW

Ouvrir dans le répertoire du tutoriel, le classeur calcul_coor_JGW_TFW.xls et compléter les champs non colorés par vos données.

Certaines formules sont calculées pour des paramètres spécifiques à la prise de vue. N’oubliez pas de vérifier les paramètres suivants :

- taille de l’image en x et y (largeur/hauteur dans le fichier EXIF) - longueur de la focale

Compléter la feuille JGW-TFW par vos calculs par collage spéciale pour garder les valeurs. Après avoir renseigné tous les champs, ouvrir la macro qui va créer le fichier JGW ou TFW pour chaque photo.

Outil / macro / visual basic editor

Lancer le programme l’exactitude du géoréférencement sur Arc Map ou Erdas.

Nombre de lignes dans le tableau Excel

Chemin d’accès des photos

Si les photos sont en format TIF, changer les JGW en

TFW

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Du format .JPG au .IMG

Erdas ne lit pas l’extension JGW, il faut donc transférer les photos en .IMG. Ouvrir les JPG sous ArcGis.

Clic droit / données / exporter les données…

Si vous ne pouvez pas exporter le .jpg en .img, forcer l’extention en .img en sélectionnant le format TIFF

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Tutoriel LPS S

Données nécessaires à la création du MNT avec le module LPS

- Rush de photographies aériennes ayant un recouvrement d’au moins 60%, - Calibration de l’APN (cam),

- Scan 25, dalle IGN ou autres images géoréférencées suffisamment précises pour s’en servir d’appui pour les points de liaison (Tiepoints)

- MNT IGN

Préparation de la base de données

Avant de commencer à se lancer dans la création de blocs, il est important de localiser dans l’exactitude la zone de travail. Si une trace GPS a été utilisée pendant le vol, on peut créer un .kml qui permet de situer les photos sur une carte (voir tutoriel GPicsync). Cette localisation dans l’espace va permettre :

- d’identifier le relief au préalable et de connaître la typologie de la zone de travail (village, lac, foret, agriculture).

- de préparer les images adéquates pour créer les MNT par bloc.

Après avoir trier les images, convertir les .jpg en .img. Le module import permet de faire cette conversion.

Ouvrir Erdas Imagine / module LPS

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Création du bloc (blk)

Le .blk propre au module LPS permet de rentrer les paramètres de l’APN utilisé. Avant le vol, l’APN doit-être calibré, c'est-à-dire que toutes les déformations liées à l’APN doivent-être réglées et notifiées dans un fichier .cam. Ce fichier permet de définir les paramètres du .blk et n’auront pas besoin d’être retouchés.

File / new / digital camera (APN)

(frame camera images scannées ou en argentiques) Système de projection

Utiliser le même système de projection que l’image de référence utilisée de préférence. Next

C’est dans cette fenêtre que l’on intègre la calibration de l’APN si celle-ci à été définie avant le vol.

New camera / load

calibration à été correctement renseignée, ne pas modifier les paramètres calibration n’a pas été effectuée

camera information / general

focal lenght – focale utilisée pendant la prise de vue – élément situé dans le fichier EXIF (longueur de la focale)

X0 et Y0 – déformation au centre du capteur Camera information / radial lens distorsion

Distorsion aux extrémités du capteur lié à la connexité de la lentille.

Sauvegarder si vous avez effectué des modifications dans les paramètres. Block / property setup

Rotation system : pour des prises de vues aériennes, il faut toujours laisser Omega, Phi, Kappa*, ces valeurs correspondent à l’assiette de vol de l’aéronef.

Angle units : degrees

Photo direction : z (photo prise en altitude), y peut servir pour des photos prises de façade pour modéliser des bâtiments.

Average flying Height : Altitude moyenne du vol / Information obligatoire pour valider l’onglet. OK

- le bloc de travail est maintenant validé -

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Cette interface permet de connaître l’avancée des rectifications apportées aux images.

Chargement des images (Online)

Clic droit (image) / add (ajouter les .img importées)

Structure pyramidale (pyr.)

Edit / compute pyramid layers… / all images without pyramids

Orientation interne de l’image (Int.)

Edit / frame editor / interior orientation

Dans cet onglet, indiquer la taille du pixel en micron. Exemple du calcul : Résolution de la photo (fichier EXIF) : 3264 X 2448

L = 3264 / l = 2448 L / l = 1.33 Longueur de la focale : 9.1 cm soit Longueur du capteur = 9.1 mm

Largeur du capteur = 9.1 / 1.33 = 6.8 mm

Convertir la longueur et la largeur du capteur en micron pour calculer la taille du pixel X = 9100 / 3264 = 2.8

m

Y =

6800 / 2448 = 2.8 m Exterior information CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Si une centrale inertielle a été embarquée dans l’avion, c’est dans cet onglet que l’on intègre tous les paramètres liés à la latitude, longitude, altitude, tangage, roulis, lacet.

Orientation externe de l’image (ext.)

Nous allons maintenant passer à la rectification des photos à partir d’une image de références (scan 25, dalle IGN…). Cette étape va permettre de créer des tiepoints (points de liaison) par rapport à notre image de référence géoréférencée.

Lancer le start point measurement tool et cocher classic point measurement tools.

Cliquez sur l’icône

afin de spécifier le chemin d’accès de votre image de

référence qui vous servira pour collecter le positionnement en X et Y. Si vous utilisez

une dalle IGN, chez image Layer. Pour afficher cette image il suffit de biffer l’option

Useviewer as reference

.

Si l’orientation de vos photos est différente de votre image de référence, utilisez

l’option rotate

Clic droit sur l’un des viewers de l’image / rotate / Apply to right (si viewer de droite)

Vous êtes maintenant opérationnel pour référencer les tiepoints sur votre image

brute. (cf. annexe interface graphique point measurement).

1) Choix du point

Pour que le référencement soit le plus juste possible, il est important de choisir des

points remarquables sur les 2 images (croisement de routes, bâtiments, intersection

foret / agri…)

Utilisez les outils de zoom (accessibles par clic droit sur la souris ou en modifiant interactivement l’emprise des différentes fenêtres) et de déplacement pour vous rapprocher des points qui vous intéressent.

2) Saisie du point

Une fois que vous avez choisi un point visible sur les clichés, zoomez sur le cliché qui permet de voir au mieux la zone concernée.

Dans la fenêtre Point Measurement d’Orthobase cliquez sur le bouton Add (en haut à droite). Une nouvelle ligne apparaît dans le tableau de la zone 4.

Dans cette ligne, entrez une description du point dans le champ Description qui vous servira à l’identifier plus facilement.

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Modifier le champ Type du tableau en précisant que c’est du Full puisque vous connaissez les coordonnées du point en X, Y et Z. Dans le champ suivant précisez que votre point sera un point de type Control.

Pour ces deux opérations, positionnez vous sur la case à modifier, et cliquez sur le bouton droit de votre souris.

Assurez vous que vous êtes sur la ligne du tableau nouvellement créée (repérer le sélecteur

>).

Saisissez le point sur le Scan 25 à l’aide de l’icône en cliquant bien au milieu du point (zoomer).

Une fois que le point est saisi, ses coordonnées X et Y apparaissent dans le tableau de la zone 4. Il vous reste à rentrer sont altitude (label du point) dans le champ Z.

Maintenant vous allez positionner le point sur l’une des deux images du couple (à votre choix, choisissez celle où la position du point est la plus simple à déterminer). A noter qu’il

Dans le document Création de mnt par couple stéréocopique à partir de photographies aériennes hautes résolutions. Outils : ERDAS - MIC MAC (Page 37-95)