Fabrication d1une caméra numérique

Christian Thom

C o ntexte

L'acquisition d'images directement numenques est en synergie complète avec l'évolution générale de la cartographie à I'IGN. Le passage au tout numérique est rendu nécessaire par l'urgence de la réalisation, puis de la mise à jour des bases de données géographiques et donc de la mise au point de méthodes d'aide automatique à la restitution. On constate, de plus, une constante augmentation de la demande d'ortho-images notamment en couleur.

L'arrivée annoncée d'images satellitales à résolution métrique, devrait encore accélérer les besoins en imagerie numérique aéroportée, en l'orientant vers les plus grandes échelles. On peut prévoir aussi que le développement de l'Internet permettra au grand public de consulter directement des images aériennes numériques et donc en promouvra la vente.

O b j e c t i fs

Réalisation d'une caméra numérique s'intégrant à une chaîne de production photogrammétrique tout numérique. Éveil de l'intérêt des constructeurs de caméras traditionnelles, pour obtenir, à terme, des caméras numériques industrielles.

Comparaison des images numériques et des images digitalisées réalisées sur une même zone.

Réalisation de missions aériennes pour étudier les possibilités et les limitations de la prise de vue aérienne avec un capteur d'image numérique.

Fourniture d'images directement numériques à la chaîne de production tout numérique.

Fourniture d'images directement numériques au laboratoire MATIS pour exploitation par des traitements automatisés.

Production rapide et peu onéreuse d'orthophotos.

A c t i v i t é s - r é s u l t a t s

Le programme de recherche décidé l'an passé, a passablement été bouleversé par l'intérêt assez général soulevé par nos images couleur prises sur Le Mans (F) . Il a notamment été décidé de produire nous-mêmes les caméras dont nous avons besoin pour nos travaux de production, malgré les difficultés prévisibles de ce type d'opération pour un laboratoire de recherche.

Dans un premier temps, cinq caméras seront construites, pour, d'une part, commencer à équiper les avions de I'IGN, et d'autre part, mettre au point une caméra couleur constituée de trois caméras 4k x 4k munies de filtres colorés. Ce passage au stade industriel a évidemment posé plusieurs problèmes qui ont eu un impact important sur le programme initialement prévu.

En plus de ce changement d'axe de recherche, beaucoup de l'activité du laboratoire a été détournée vers des tâches de " production ", liées aux missions sur Saumur et Rennes (F). Il faut aussi souligner, que l'utilisation des caméras pour la production rend en pratique impossible toute modification ou amélioration, les caméras étant, soit en mission, soit en attente de mission à Creil.

Travaux sur et autour de la caméra

La réalisation d'une caméra de format plus grand, soit 4 096 x 4 096 pixels, a été terminée. On peut y adapter les objectifs munis d'obturateurs rapides de chez ROLLEÏ, ce qui met à notre disposition toute une gamme de focales, allant de 30 mm à plus de 200 mm. L'ensemble de l'informatique ayant été dupliqué, nous disposons donc de deux capteurs complets permettant des missions mixtes couleur/panchro, ou, avec différentes focales.

Le développement d'une nouvelle version d'une des cartes et du logiciel de la caméra a été rendu nécessaire par l'obsolescence du micro-contrôleur. Un système de développement pour MC68HC1 1 a donc été acheté et est sur le point d'être livré. Les logiciels et la nouvelle carte sont donc réalisés, mais non encore testés.

A l'occasion de la mission sur Rennes (cf. infra), les logiciels de traitement bas-niveau des images couleur, corrections radiométrique et calorimétrique, ont été revus et améliorés. De même, les logiciels temps-réel de gestion à bord de l'avion ont été améliorés, notamment pour faciliter le réglage du temps d'exposition.

Comme annoncé plus haut, d'autres améliorations avaient été prévues, mais n'ont pas pu être réalisées par manque de disponibilité de la caméra, celle-ci étant soit en mission, soit en attente de mission.

La réalisation prévue de caméras supplémentaires devrait permettre de régler ce type de problèmes. Le même système de disques amovibles a été installé sur les deux racks, permettant ainsi une utilisation plus rationnelle de l'ensemble des disques existants.

Un système informatique de bureau, analogue aux systèmes embarqués et permettant de lire les disques enregistrés en vol a été acquis. I l est destiné à être intégré à un système plus vaste, en cours de définition, dédié à la récupération, au traitement et à l'archivage des données issues de la caméra.

Une plate-forme stabilisée adaptée à la masse de la caméra est en cours de développement. Elle permettra, dans un premier temps, l'asservissement de l'axe de visée à la verticale, puis le repointage éventuel, pour suivre un axe au sol .

Missions aériennes

La nouvelle caméra 4k a effectué son premier vol sur Saumur, le 1 5 mai 1 998. Un problème de disque dur a été détecté en cours de mission, qui a donc été interrompue. Ce problème a été résolu dans les jours suivants et la mission a pu finalement se faire le 1 9 juin.

Son exploitation est en cours, au Service de l'Information Topographique (SIT) . Un problème déjà constaté, est un mauvais recouvrement entre certaines bandes. Neuf bandes de trente-sept images ont été acquises.

En mai, la caméra 3k x 2k, en version panchro, a poursuivi la série de missions pour le CNES dans le cadre du plan de préparation des utilisateurs de SPOT-5, en vue de simulation de la haute résolution. Cette caméra a été remontée en version couleur pour voler en août, pour une mission commandée par la ville de Rennes, concernant la couverture d'une zone de 1 1 x 1 0 km à un pixel-sol de 30 cm.

Cette mission a été faite deux fois, la première, le 6 août, ayant bénéficié d'une météo de qualité insuffisante pour l'application visée.

La mission s'est en effet terminée avec une couverture nuageuse à 5/8 d'alto-cumulus. Cette mission a toutefois permis de constater que les images numériques seraient exploitables dans ces conditions pour la restitution, alors que les photos traditionnelles prises simultanément ont été rejetées.

Cette mission s'est finalement correctement déroulée le 21 septembre et est en cours d'exploitation. Les images seront utilisées pour la réalisation d'une ortho-image, au pixel-sol de 30 cm, et plus tard, grâce aux algorithmes développés par le laboratoire MATIS, à la réalisation d'une maquette virtuelle de la ville de Rennes.

Relations avec les industriels

Les contacts initiés avec Aérospatiale et Zeiss n'ont finalement pas abouti. Pour éviter de perdre plus de temps dans notre projet, il a été décidé de ne compter, dans un premier temps, que sur nos propres compétences.

S u i t e

Les différents axes engagés e n 1 998 seront poursuivis en 1 999. U n accent particulier sera porté sur l a manière de déterminer la taille de pixel-sol, nécessaire à telle ou telle application, et notamment par comparaison avec les échelles de prise de vue utilisées en photographie.

P u b l i c a t i o n

[THOM, SOUCHON 98] C h . Thom & J . -Ph. Souchon : L e point sur les caméras numériques de I'IGN, i n Bulletin de la S FPT no 1 51 , 1 998/4, laboratoire OEMI , IGN-SR 98001 8/L-ART, 1 998.