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photographies aériennes hautes résolutions. Outils :
ERDAS - MIC MAC
M. Jouanne
To cite this version:
M. Jouanne. Création de mnt par couple stéréocopique à partir de photographies aériennes hautes résolutions. Outils : ERDAS - MIC MAC. Sciences de l’environnement. 2009. �hal-02592039�
Stage de licence professionnelle “Aménagement du Territoire et
Urbanisme spécialité Géomatique “ – IUT de Digne-les-Bains
Promotion 2008 - 2009
CRÉATION DE MNT PAR COUPLE STÉRÉOCOPIQUE
A partir de photographies aériennes hautes résolutions
Outils : ERDAS - MIC MAC
Par
Mikaël Jouanne
Encadrants :
Sylvain Labbé (Enseignant - Chercheur Cemagref )
Bruno Roux (Pilote – Technicien Géomatique - Gérant)
Structures d’accueil :
CEMAGREF – UMR TETIS - Maison de la Télédétection Montpellier
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REMERCIEMENTS
Je remercie tout particulièrement Sylvain Labbé pour m’avoir accordé sa confiance en me proposant cette thématique de stage qui n’a pas été évidente à appréhender mais qui a pu aboutir à des résultats grâce a ses cours du soir de photogrammétrie et au cours du Mastère SILAT.
Il est important de remercier chaleureusement Marc Pierrot-Deseilligny pour son accueil au sein du laboratoire Matis d’IGN à Saint-Mandé et pour sa collaboration au projet sans laquelle il aurait été difficile de résoudre la problématique du stage.
Je tiens à remercier l’Avion Jaune avec qui je ferai équipe à partir du mois de septembre :
Bruno, merci pour l’intégration du premier jour, pour l’explication du calcul du pixel de la matrice, pour les conversations partagées sur l’aéro-modélisme, pour tes blagues et les quelques pique-niques organisés.
Michel, merci pour les photos, pour l’explication de la calibration de l’appareil photo et du déclenchement des prises de vue, et d’avoir décidé de photographier la grotte du Mas d’Azil qui en a fait le « Cheval de Troie » de mon rapport.
Marion, merci pour les premières réflexions portées sur la pré-orientation des clichés et des cours donnés sur GPicsync, ArcPhoto et la création du fichier auxiliaire JGW.
Merci à Sandrine Alinat, professeur référent, de m’avoir rendu visite pour faire le point sur mon stage.
Enfin merci à l’ensemble des stagiaires et des doctorants pour la bonne humeur et l’entraide qui ont régnés entre nous durant ces 3 mois.
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SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ... 2
INTRODUCTION ... 4
DEFINITION DES TERMES TECHNIQUES... 6
I.
CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE... 8
1. Présentations... 8
2. Contexte du projet... 10
3. Problématique... 10
4. Présentation de la zone d’étude ... 11
5. Description des données ... 12
II.
METHODES... 15
1. Méthodologie ... 15
a. Préparation du vol et prise de vues stéréoscopiques ...15
b. Géométrie...19
c. Aero-triangulation et restitution numérique du relief ...21
2. Création du MNT sous Erdas (module LPS)... 21
3. Création du MNS sous MicMac ... 25
a. Pastis...25
b. Apero ...25
c. MicMac ...26
III. RESULTATS ET ANALYSES... 28
1. Présentations des MNS réalisés sous LPS... 28
a. Résultats des MNS avec la prise de vue à 6400 pieds...28
b. Résultat des MNS avec la prise de vue à 3200 pieds ...30
c. Résultat final des MNS avec la prise de vue à 3200 pieds ...31
2. Présentations des MNS réalisés sous MicMac ... 34
3. Comparaison des MNS ... 36
CONCLUSION ... 39
BIBLIOGRAPHIE ... 41
ANNEXES ... 43
Tutoriel pour synchroniser les données GPS avec les fichiers EXIF :... 44
Tutoriel pour réaliser la pre-orientation des clichés :... 45
Tutoriel LPS :... 53
Cahier journalier :... 64
CemOA : archive ouverte d'Irstea / CemagrefINTRODUCTION
Contexte du stage
Le stage de la licence Aménagement du Territoire et Urbanisme spécialité Géomatique de l’IUT de Digne les Bains a été effectué au sein de l’unité mixte de recherche Territoires, Environnement, Télédétection et Informations Spatiales (TETIS) et de la société L’Avion Jaune. Il s’est déroulé durant trois mois dans les locaux de la Maison de la Télédétection sous l’encadrement de Sylvain Labbé (UMR TETIS, chercheur Cemagref), Bruno Roux (L’Avion Jaune, gérant, photographe, technicien en Géomatique), Marion Houles (L’Avion Jaune, Ingénieur Géomatique).
L’objectif de ce stage est d’évaluer deux logiciels de traitement d’images, Module LPS d’Erdas Imagine et Mic Mac afin de déterminer les limites de chacun.
Domaines de compétences
Le monde de la photographie aérienne verticale haute résolution, tout vecteur confondu (drone ou ULM), est un secteur d’activité en quête d’amélioration et de simplification technique. Dans cette discipline, deux types d’offres se distinguent :
- D’une part, les entreprises qui présentent des compétences en photographie aérienne et qui produisent des clichés aériens bruts. Ces prestataires se limitent généralement à des photos de paysages obliques et verticales suivant le vecteur utilisé, pour de la promotion touristique ou plaquette publicitaire. Les entreprises qui veulent se lancer sur le marché « plus technique » de l’orthophoto sans avoir les compétences humaines ou financières pour orthorectifier des clichés peuvent passer par des prestataires qui vont effectuer le travail de traitement d’images.
- D’autre part, les entreprises qui effectuent de l’orthophotographie ou des MNTs. Dans ce domaine de compétence, l’offre est principalement proposée par des sociétés ayant des moyens aéroportés lourds telles que IGN, Aero Scan mais très peu proposent des orthophotos ou MNTs hautes résolutions à partir de clichés réalisés par drone ou par ULM.
Les compétences et le matériel que requièrent la chaine adéquate pour produire des MNTs hautes résolutions sont onéreux et demande un temps considérable de traitement, c’est pourquoi, peu de société proposent aujourd’hui ce type de produit. L’offre pourrait être plus importante si certaines étapes de la chaine de traitement pouvaient-être simplifiées et
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résolutions, elle doit avoir un capteur de haute qualité, un aéronef avec ou sans pilote (drone ou UAV) et une centrale inertielle pour l’acquisition de données. Pour la partie traitement, il lui faut aussi un ordinateur avec une bonne carte graphique et un logiciel de traitement d’image (Erdas, MicMac…) qui requiert des compétences d’ingénieurs.
Objectifs du stage
L’étude réalisée pour ce stage consiste à trouver la chaîne de traitement la plus rapide et de qualité digne de l’acquisition photographique pour alléger le coût de production. La simplification de la création de MNT pourrait permettre d’accentuer l’offre, ce qui aurait des fins utiles pour des études environnementales liées à l’aménagement du territoire, l’érosion, l’hydrographie
[Jacome et Al., 05]
. Le MNT peut également permettre de faire des calculs de pente, d’ensoleillement, de dénivelé, de modélisation d’aménagement…C’est pourquoi, il est intéressant d’étudier les possibilités de différents logiciels de traitement d’images. Lors de ce stage, il a été convenu d’étudier Erdas, logiciel de traitement d’images tout public proposé par Leica-Geosystem et plus particulièrement le module LPS et Mic Mac, logiciel conçu par Marc Pierrot-Deseilligny du laboratoire MATIS d’IGN et disponible en licence GPL.
L’étude va consister à avoir une vision des possibilités qu’offrent les deux logiciels pour la création d’un MNT par couple stéréoscopique avec des photographies aériennes hautes résolutions réalisées par drone ou par ULM.
Plan du rapport
Dans un premier chapitre, je présenterai la structure d’accueil et le parcours de mes encadrants ainsi que le contexte et la problématique du stage avec une présentation de la zone d’étude et des données mis à ma disposition. Un point théorique détaillant les étapes de travail pour la conception de MNTs par couple stéréoscopique et la méthodologie mise en place pour les créer avec les deux logiciels seront décrites en deuxième partie . Les résultats et la comparaison des produits créés seront détaillés en troisième partie. En conclusion, j’exposerai les difficultés rencontrées pendant le stage et les perspectives envisagées pour mettre en place une chaîne complète de création de MNT.
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DEFINITION DES TERMES TECHNIQUES
Algorithme : Enoncé d’une suite d’opérations permettant de donner la réponse à un problème.
APN : Appareil Photo Numérique.
Artefact : Effet indésirable (dans ce mémoire erreur sur le MNT créé par l’auto-corrélateur). Capteur : Appareil embarqué dans l’aéronef pour réaliser l’acquisition.
Exif : Fichier qui regroupe des informations liées à la prise de vue (type d’APN, pixel, focal, exposition…).
GCP : Point de Contrôle au Sol. Point rentré manuellement à partir d’une image géoréférencée.
Image de référence : Image qui permet de géoréférencer une image brute à partir de GCPs. MNT : Un Modèle Numérique de Terrain est une représentation de la topographie (altimetrie et/ou bathymetrie) d'une zone terrestre .
MNS : Un Model Numérique de Surface est un MNT comprenant construction, végétation et routes, ainsi que les caractéristiques naturelles du terrain.
Orientation externe : Permet de définir l’orientation du capteur situé dans l’aéronef en retrouvant la localisation spatiale (x, y, z) et les angles de vol (Omega ω, Phi φ, Kappa κ) Orientation interne : Permet de rectifier la déformation de la lentille de l’appareil photo. Tiepoints : Points de liaison trouvés entre deux images qui se recouvrent.
UAV : Unmanned aerial vehicle, aussi appelé drone, avion sans pilote embarquant un ou des capteurs afin d’acquérir de la donnée.
RMSE : Ecart moyen quadratique résiduel sur les points de référence (GCP ou tie points) après calcul de l’aéro-triangulation. La RMSE doit-être le plus proche de 0 pour avoir le meilleur résultat garanti.
Vecteur : Aéronef utilisé pour la prise de vue
Waypoint : Points enregistrés sur la trace GPS toutes les secondes
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I. CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE
1. Présentations
Entreprise d’accueil :
La Maison de la télédétection (MTD) de Montpellier regroupe des équipes de recherche de différents centres et instituts pour constituer un pôle de recherche appliquée en télédétection et information géographique.
Les activités des unités de la maison de la télédétection s'organisent autour de trois axes : - compétences méthodologiques et thématiques,
- activités de recherche à travers des projets, thèses et publications,
- formations de haut niveau dans le domaine des systèmes d'information géographique (SIG) et de la télédétection.
Ces activités sont structurées autour de produits issus du traitement de données et d'informations spatialisées. Le cadre général est celui de l'aide à la gestion de l'environnement, des ressources et des territoires.
Le stage est pris en charge par l’Unité Mixte de Recherche TETIS (Cemagref), dont les locaux sont situés au sein de la MTD. L’UMR TETIS bénéficie d’autres locaux au campus International de Baillarguet et à Clermont-Ferrand.
Adresse :
500 rue Jean-François Breton 34093 Montpellier Cedex 5
http://www.teledetection.fr/
http://tetis.teledetection.fr/
L’Avion Jaune :
l’Avion Jaune est une entreprise installée dans les locaux du Cemagref et se trouve directement concerné par l’objectif du stage puisqu’elle réalise des travaux photographiques aériens avec différents vecteurs (drone ; ULM) et propose des images multi spectrales géoréférencées à très hautes résolutions.
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Adresse :
361, rue Jean-François Breton 34093 Montpellier Cedex 05
http://www.lavionjaune.fr/
Les encadrants :
Sylvain Labbé (Maison de la Télédétection / U.M.R . TETIS) :
Ingénieur des Eaux et Forêt de formation, Sylvain Labbé travaille depuis 18 ans au Cemagref au sein de la MTD.
Spécialité : Informatique – SIG et plus particulièrement les MNT.
Sylvain Labbé est à la source de la construction de la MTD en 1994. L’UMR TETIS s'est intéressé à la photographie aérienne à partir de 1996 en travaillant notamment avec le Pixy, l'un des premiers drones conçus pour embarquer des capteurs. Les recherches de Sylvain Labbé ont beaucoup porté sur les MNTs Hautes Résolutions (étude sur la progression des dunes ; étude sur la déformation lentilles…).
Bruno Roux (l’Avion Jaune) :
Passionné d'aéromodélisme, Bruno Roux a orienté ses études vers le métier d'architecte et obtenu un diplôme d'Architecte DPLG. Tout en effectuant ses études, Bruno Roux a mis au point et utilisé pour son propre compte et sur ses fonds propres des drones destinés à la photographie aérienne amateur puis professionnelle. Il a mené depuis 1998 de nombreuses campagnes expérimentales dans différents milieux (agriculture, BTP, recherche) puis s'est formé à la géomatique et à la photogrammétrie en effectuant la licence Génie Géomatique pour l'Aménagement du Territoire à Auch. A la suite de la Licence, Bruno Roux a créé en 2005 la société (l'Avion Jaune) en compagnie de ses deux associés Michel Assenbaum et Michel Gavart. Aujourd'hui l'atelier de l'avion jaune possède plusieurs drones et loue la prestation de pilotes ULM pour des prestations qui nécessitent ce type de vecteur. Exemples de missions réalisées par Bruno Roux :
- Acquisition multispectrale sur l'île de la Réunion au-dessus de champs de Canne à sucre (CIRAD).
- Suivi en THR de micro parcelles de blé dur (INRA).
- Cartographie THR de lits mouillés de rivières, modélisation 3D de zones d'érosion (CEMAGREF). CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
- Cartographie à haute résolution temporelle d'algues toxiques sur le bassin de Thau (IFREMER).
- Suivi multi temporel des débits réservés de la moyenne Durance (EDF).
La dernière mission a été effectuée en ULM dans les Pyrénées pour constater les dégâts causés par la tempête qui a frappé la côte ouest de la France en février 2009.
2. Contexte du projet
Le projet sur lequel nous avons travaillé durant les trois mois de stage s’inscrit dans le cadre de la recherche d’outils de traitement d’images qui permettent de faire un MNT à partir de photographies aériennes hautes résolutions acquises à partir de vecteur aéroporté léger, type drone ou ULM.
Pouvoir proposer des MNTs Hautes Résolutions serait un atout supplémentaire pour l’Avion Jaune puisque peu de société propose ce genre de service mais il est difficile de choisir une chaîne de production sans la tester. C’est dans le cadre du partenariat entre le Cemagref et l’Avion Jaune que nous allons évaluer deux logiciels qui utilisent une chaîne de traitement différente.
La question majeure concerne les règles à suivre pour un meilleur compromis entre précision et facilité d’élaboration, et l’évaluation de l’importance relative de chaque étape sur la qualité finale de la restitution.
3. Problématique
La création de MNT à partir de photographies aériennes hautes résolutions peut-être réalisée avec différents logiciels, chacun ayant leurs propres étapes de traitement. Cependant, aujourd’hui il existe peu de chaînes de production complètes qui permettent de faire une restitution 3D à partir d’imageries aériennes hautes résolutions. Ces logiciels spécialisés sont chers et s’appuient sur des systèmes d’acquisition spécifiques (caméras métriques, centrale inertielle précise, etc.). Lors de ce stage, l’acquisition de données à été faite à partir d’un ULM sans centrale inertielle avec des appareils photos « grand public ». C’est ce qui complique le travail puisqu’il va falloir définir l’orientation de la matrice à partir de
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l’orientation externe de la matrice peut générer des erreurs qui vont diminuer la qualité du MNT. Ces erreurs peuvent-être facilement commises puisque les photos sont à une résolution d’environ 18cms et l’image de référence est à 50 cms de résolution.
4. Présentation de la zone d’étude
Zone d’étude :
La zone étudiée se trouve dans les Pyrénées, à proximité d’un village touristique, Le Mas d’Azil (Fig. I.1). Le Mas d’Azil est une commune située au centre des Pyrénées dans le massif de l’Arize. La particularité du site présente une grotte naturelle dont une partie est un tunnel traversé par une route qui longe l’Arize sur 410 mètres. C’est l’unique grotte en Europe qui peut-être traversée par une route
[Wikipedia, 2009]
.Intérêt de la zone étudiée :
Pour étudier les avantages et les inconvénients des logiciels, il est important de trouver une zone « accidentée » qui permet d’explorer leurs performances dans ces situations extrèmes :
- cavité de la grotte naturelle du Mas d’Azil créant de l’ombre portée. L’extraction du MNT peut-être affectée par des ombres importantes car chaque photo réalisée ne peut-être prise au midi solaire
- présence d’un barrage en bord de lac afin d’étudier leurs réactions par rapport à la surface en eau.
- collines abruptes avec des zones de forêts denses afin d'évaluer l'efficacité du corrélateur sur un couvert végétal dense analyser le corrélateur par rapport au couvert végétal.
L’utilisation des MNTs hautes résolutions intéresse particulièrement les chercheurs géologues, agronomes pour étudier l’érosion et les mouvements terrestres en montagne. Il est donc important de démontrer aux principaux intéressés les atouts d’un tel outil sur un territoire escarpé tel que celui du Mas d’Azil.
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Fig. I.1 - Source Géoportail, IGN France, échelle 1/ 8192000
5. Description des données
Le jour de mon arrivée, un fichier incluant toutes les données nécessaires à été mis à ma disposition, en voici le détail :
Photographies aériennes verticales :
Deux acquisitions de données à deux altitudes différentes ont été réalisées le 25 février 2009 suite à une intervention pour l'Inventaire Forestier National (IFN) en raison de la tempête du 24 janvier 2009. Ayant obtenu la validation de mon stage au mois de novembre 2008, l’Avion Jaune a profité de cette occasion pour réaliser les photographies aériennes
Grotte du Mas d’Azil
Mas d’Azil
CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagrefprès de la zone ou ils sont intervenus pour l’IFN[SIG La Lettre, Mai 2009]. Les données ont été délivrées au format JPG et classées par focale et altitude (Fig I.2).
Fig I.2 – Image brute, focale 35mm, © l’Avion Jaune 2009 Données IGN :
L’orthotophoto 2003 de l’iIGN à été utilisée comme référence externe pour le
géoréférencement des points terrains (GCP ou ground control point) x, y avec les deux logiciels et le MNT à 50 mètres de résolution pour la détermination de l’altitude de ces GCP. Données GPS :
Les données GPS sont au format GPX et permettent de suivre l’itinéraire de l’avion pendant le vol. Le GPS a enregistré des waypoints toutes les secondes, ce qui m’a permis d’intégrer la longitude et la latitude dans les fichiers EXIF en utilisant le logiciel GPicsync.
Ce logiciel permet de faire la synchronisation entre l’heure du waypoint enregistré et l’heure de l’APN. Si l’APN et le GPS n’a pas été réglé à la seconde près, il faut retrouver le décalage temporel afin de l’enregistrer dans les paramètres du logiciel. A la fin de la synchronisation, GPicsync créé un fichier KML qui permet de visualiser les photos localisés à partir du globe virtuel Google Earth (Annexe tutoriel GPicsync).
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Le croisement des données GPS et points photos est réalisable également sur ArcGis en utilisant un outil supplémentaire téléchargeable (http://support.esrifrance.fr/). Un tutoriel à été rédigé pour réaliser un fichier auxiliaire JGW, afin d’avoir un pré-géoréférencement et de définir au plus juste la zone la plus intéressante à traiter. De plus, l’extraction de MNT en stéréoscopie nécessite un recouvrement longitudinal de 60% et cette vision préalable des clichés pré-géoréférencés permet d’avoir une notion du recouvrement entre cliché (Fig I. 3).
Fig I. 3 – Pré-géoréférencement à partir du fichier auxiliaire JGW
Attention : Ce « pré-georéférencement » ne correspond pas à l’orthorectification des clichés puisqu’il n’y a aucune distorsion qui est exercée sur la photo. C’est uniquement la
récupération de l’information GPS pour créé ce fichier JGW (annexe : Tutoriel JGW).
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II. METHODES
1. Méthodologie
Les grandes étapes de la méthode stéréophotogrammétrique numérique utilisée sont celles des techniques habituelles
[Kraus et Waldhäusl]
:préparation du vol et prise de vues stéréoscopiques (minimum de 60% de recouvrement entre clichés)
géométrie (orientation interne et externe) aéro-triangulation
restitution numérique du relief
Mon travail a commencé à partir de la deuxième étape, c'est-à-dire du traitement d’image à la restitution du Modèle Numérique de Terrain.
a. Préparation du vol et prise de vues stéréoscopiques
La préparation aux prises de vues est importante, elle consiste à effectuer plusieurs choix suivant les objectifs de la mission. Ces choix sont primordiaux puisqu’il sera impossible de rattraper une résolution spatiale inférieure aux attentes liée à trop d’altitude par exemple. Il sera aussi difficile de corriger un problème de calibration. Les différentes étapes de préparation avant le vol sont les suivantes :
- Sélection du capteur et du vecteur
- Calibration du capteur (orientation interne) - Définition de la hauteur de vol et de l’axe de vol
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Préparation du vol au-dessus du Mas d’Azil :
Le capteur choisi est un APN grand public : SONY DSC-F828
Le vecteur est un ULM de la catégorie Multi-axe :
ULM Kitfox2 80CV
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L’orientation interne de l’APN (mesure de la focale, de la distorsion de la lentille et du point principal) a été réalisée au Cemagref en s’appuyant sur un « polygone connu » (ensemble de cibles connues en X, Y et Z mesurées ensuite sur les photographies et un logiciel de calcul de déformation développé par Marc-Pierrot Desseiligny (IGN).
Ces informations d’orientation interne et de distorsion de l’objectif sont prises en compte par le biais d’un fichier caméra (Tutoriel LPS en annexe). Le calcul commence par une orientation relative puis, dès que le nombre de points terrain saisis est suffisant, se poursuit par une compensation globale par faisceaux. Le logiciel inclut également une stratégie d’élimination automatique des points faux lors de l’orientation globale
[Feurer D.,
09]
.Prise de vue :
Les photos ont également été réalisées par Michel avec les points de repère définis sur ArcGis par Sylvain Labbé. Deux APN ont été embarqués, le premier était réglé avec une focale de 35mm et le 2eme avec une focale de 70mm. Le déclenchement des photos a été fait manuellement avec un bouton poussoir en ayant comme repère les points photos à réaliser sur le GPS (Fig. II. 1). Nous verrons par la suite que la prise de vue est une des étape les plus importantes pour avoir un résultat satisfaisant puisque pour créer un MNT par couple stéréoscopiques, il est obligatoire d’avoir un recouvrement d’un minimum de 60% entre cliché.
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Fig. II. 1 – Carte réalisées sur ArcGis indiquant les points photos prévus avant le vol et les points photos effectués
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b. Géométrie
Il est important de rappeler les fondements de la photogrammétrie pour comprendre par la suite, les problèmes sur lesquels nous avons dû travailler.
Les paramètres de distorsion de la lentille
La distorsion géométrique des lentilles génère une dégradation dans l’image produite au vu des distances entre points qui doivent être corrigées d’une certaine valeur. La distorsion est un facteur de la distance « r » mesurée depuis le point principal (généralement très proche du centre de l’image) sous la forme d’un polynôme de degré maximal 5 à 11 selon les logiciels. Pour obtenir les coordonnées images x’ et y’ après rectification de la distorsion de la lentille, on applique la correction géométrique radiale R à nos coordonnées initiales, en x et en y avec les équations (exemple pour un polynôme de degré 7) :
Dans certains cas, le premier facteur K0 de correction est déjà inclus dans la focale.
Il en va de même pour le calcul de y’. La focale et la base de prise de vue
La focale est un des paramètres fondamentaux. Son choix doit être judicieux pour assurer un recouvrement de 60% entre photo et un rapport B/H adapté (B= base de prise de vue, H = hauteur au dessus du relief) . La littérature préconise un rapport B/H proche de 1 sauf dans le cas de relief trop pentu (Fig. II. 2)
[Jacome et Al., 05]
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(Fig. II. 2) - Rapport B/H en fonction du terrain Épipolarité et condition de coplanéité
L’épipolarité repose sur un principe géométrique. Un point situé sur un premier cliché a obligatoirement un homologue sur le second cliché, localisé sur une droite, droite que l’on nomme droite épipolaire (Figure II). La recherche des points homologues est donc facilitée par cette condition de coplanéité.
(Fig. II. 3) : Schématisation d’un levé photogrammétrique
Lorsqu’on établit un plan de vol, les images sont acquises par bandes, les unes à la suite des autres, avec le recouvrement nécessaire (Figure III). Le bloc est donc un assemblage de bandes avec un certain recouvrement. Le premier objectif est d’utiliser ces
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processus consiste à rechercher des points homologues entres chaque couple d’images successives, ce qui permet de préparer la corrélation des images stéréoscopiques. Par la suite, c’est ce que l’on va appeler Tiepoints pour Erdas et points de liaison pour le programme « Pastis » utilisé par IGN. Ce sont ces points qui vont permettre aux logiciels de retrouver l’orientation externe de la matrice en vol, c'est-à-dire les trois paramètres angulaires de la géométrie externe (tangage, roulis et lacet) et la position de l’APN (X, Y, Z)
[Feurer D., 09]
.c. Aero-triangulation et restitution numérique du relief
La qualité de l’extraction du MNT est due aux calculs de l’algorithme intégré dans le logiciel pour réaliser l’aéro-triangulation. Si l’aero-triangulation est jugée satisfaisante par l’utilisateur, le MNT est ensuite créé par auto-corrélation des couples stéréoscopiques. MicMac et LPS permettent de le calculer en prenant en compte un seul canal ou les trois (Rouge ; Vert ; Bleu ou un canal calculé à partir de ces trois composantes de bases).
2. Création du MNT sous Erdas (module LPS)
LPS (Leïca Photogrammetry Suite) est un logiciel mis à disposition par la société Leïca Geosystems. Celui-ci permet de traiter la plupart des produits photogrammétriques notamment les images scannées, numériques et argentiques.
Le logiciel fonctionne sous forme de bloc avec une extension .blk. Comme nous l’avons vu dans la partie méthodologie, il y a plusieurs étapes en stéréophotogrammétrie à valider pour passer de l’image brute à l’image orthorectifiée et finaliser le travail par une extraction de MNT par stéréoscopie. Le bloc sous LPS est validée étape par étape (Fig II. 4).
(Fig. II. 4) : Etapes de traitement du bloc d’images
Pyr. : Mise en place de la structure pyramidale ; Int. : Orientation Interne ; Ext. : Orientation Externe ; DTM : Extraction du MNT
Pour une prise en main rapide du logiciel, un tutoriel à été rédigé (Tutoriel LPS – p.48)
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Orientation Interne :
L’acquisition de donnée a été réalisée avec l’objectif de produire un MNT, cette étape à donc été simplifiée par le fichier caméra (.cam) contenant toutes les informations de la déformation de l’image liée à la connexité de la lentille. Seul, un calcul du pixel de la matrice du capteur reste à être précisé. Ce calcul est détaillé dans le tutoriel.
Orientation Externe :
Cette étape est la plus importante. Elle consiste à retrouver à partir de point de liaison la localisation de la matrice.
Il y a deux possibilités pour franchir cette étape. Soit nous avons déjà la position et les angles de la matrice grâce à la synchronisation des données d’une centrale inertielle embarquée pendant le vol, soit nous devons retrouver les données avec LPS par aérotriangulation en utilisant des points d’appui. En l’occurrence, l’opportunité de ce stage consiste également à comparer les données de la centrale afin de valider la précision de celle-ci. Pour ce faire, nous allons utiliser LPS pour retrouver l’orientation externe de la matrice (Fig. II. 5).
(Fig. II. 5) : orientation externe de la matrice
Z
Y
X
Z
0X
0Y
0 0x
z
MATRICE
CemOA : archive ouverte d'Irstea / CemagrefLes coordonnées à retrouver sont : - Xo, Yo, Zo : localisation de la matrice.
- Omega ω, Phi φ, Kappa κ : Angles de la matrice induit par les mouvements du vecteur (Fig. II. 6)
(Fig. II. 6) : Omega (tangage), Phi (roulis), Kappa (lacet)
Pour effectuer cette opération avec LPS, la méthode consiste à trouver 6 points de liaison ou points homologue entre un couple d’images qui se recouvrent ou 3 points de référence terrain appelé GCP identifiés à partir de la dalle IGN qui permettront d’avoir des coordonnées terrains afin de géoréférencer le bloc d’images (Fig. II. 7). Pour connaître l’altitude des points terrain, nous nous sommes référés au MNT de l’IGN.
Une fois que le bloc d’image à un nombre suffisant de points par image, il est possible de lancer l’aéro-triangulation pour connaitre le résidu d’erreur calculé par une moyenne quadratique des points rentrés. Cette aéro-triangulation, permet d’obtenir un rapport avec un résidu par point et une moyenne de l’ensemble des résidus (RMSE).
Attention : Le rapport de l’aero-triangulation peut-être trompeur, puisqu’un point faux peut décaler tous les autres.
Dès lors que l’aéro-triangulation est correcte, il est possible de lancer une mise en place automatique des Tiepoints pour avoir le plus de points de liaison possible pour fixer le bloc. Cette mise en place automatique se fait par la définition de la dimension d’un carré de recherche défini, pour identifier les motifs identiques, appelé « Pattern », entre deux images.. Un motif d’une première image est ainsi recherché dans le carré de recherche autour de sa position théorique (définie par l’aéro-triangulation) dans la seconde image
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Difficulté : Lorsque le bloc a dépassé les 10 images, il a été impossible d’obtenir un ensemble de points homologues corrects, plusieurs points trouvés par le logiciel étant incohérents.
Une fois les points de liaison supplémentaires validés, il suffit de relancer une nouvelle fois l’aéro-triangulation et d’accepter le calcul de l’algorithme si la RMSE est suffisamment faible au regard de la précision recherchée. Cela permet ensuite de calculer les coordonnées terrains de chaque point de liaison.
Extraction du MNT :
L’extraction du MNT se fait à partir d’un auto-corrélateur qui réalise un MNT raster par stéréoscopie. Ce MNT raster contient les valeurs altimétriques par pixel du bloc d’image. Orthophoto :
L’orthophoto de chaque image brute se calcul à partir des références de l’aéro-triangulation et des informations du MNT.
(Fig. II. 7) : Bloc d’image après acceptation de l’aéro-triangulation
CemOA
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ouverte
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3. Création du MNS sous MicMac
Le logiciel MicMac est en Open Source mais n’est pas couramment utilisé de par sa complexité d’utilisation et sa chaîne de traitement peu complète. En effet, MicMac extrait un MNT à partir de couple stéréoscopique mais n’intègre pas la partie qui permet de créer les points de liaison entre les images et un algorithme d’aero-triangulation. IGN utilise leurs propres logiciels pour faire ce travail qui ne sont pas en Open Source.
Nous nous sommes déplacés avec Sylvain Labbé pour se former à l’outil MicMac. Marc Pierrot-Deseilligny, nous a reçu au sein du laboratoire Matis IGN à Saint Mandé pour traiter ensemble l’acquisition de donnée au-dessus de la grotte du Mas d’Azil. Nous allons détailler la chaîne de production IGN de manière similaire à Erdas.
a. Pastis
Mise en place automatique des points de liaison :
Les points sont trouvés automatiquement par l’algorithme de Pastis
[Pierrot-Deseilligny M., 07]
. Il suffit pour cela d’indiquer le répertoire ou se trouve les photos brutes et Pastis se charge de trouver les points homologues entre chaque image. Ces paramètres sont sauvegardés dans des fichiers xml intégrant les coordonnées en pixel de chaque point de liaison.b. Apero
Orientation interne et externe :
L’aéro-triangulation du logiciel Apero permet de retrouver l’orientation interne et externe du bloc d’images en s’appuyant sur les points de liaison trouvés par Pastis. Il est possible d’intégrer en fichier xml des points de référence terrain qui émanent de LPS afin de géoréférencer le chantier1 puisque Pastis ne sait pas aller chercher des points de référence sur la dalle IGN.
1
Le « jargon » MicMac consiste à appeler le bloc d’images, un chantier
CemOA
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ouverte
d'Irstea
c. MicMac
Extraction du MNT :A cette étape, nous commençons seulement à utiliser le logiciel MicMac. Le calcul utilisé par MicMac est différent du DTM extraction de LPS puisqu’il va utiliser la géométrie d’acquisition de l’image issue de la chaîne de traitement « Pastis » et « Apero » pour retrouver les valeurs altimétriques du chantier (et non les points d’appui et de liaison de LPS présentés précédemment). C’est pourquoi il est intéressant de comparer les deux chaînes de production afin de connaître quel calcul est le plus adapté à l’extraction de MNT à partir de photographies aériennes hautes résolutions.
C’est ce que nous allons voir dans le chapitre III en détaillant les résultats de chaque logiciel et en finalisant le chapitre par une comparaison des deux modèles créés.
CemOA
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d'Irstea
CemOA
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ouverte
d'Irstea
III. RESULTATS ET ANALYSES
Pour les résultats, nous allons parler de Modèle Numérique de Surface (MNS) par soucis de précision puisqu’un MNS représente la surface du « toit » du couvert (le sol s’il est visible sinon les obstacles tels que la végétation et les bâtiments) alors qu’un MNT représente la surface au sol. La différence est donc importante et les applications que l'on peut en faire aussi. Pour les images représentant une vision du toit du couvert la corrélation automatique calculera un MNS et non un MNT.
1. Présentations des MNS réalisés sous LPS
Lors de la pré-localisation des clichés (Fig I. 3), il a été défini de travailler en priorité avec la prise de vues à 6400 pieds car l’acquisition est régulière (Fig. II. 1).
a. Résultats des MNS avec la prise de vue à 6400 pieds
Les résultats sont présentés sous une forme visuelle en utilisant le MNT drapé par les orthophotos conçues avec le même bloc LPS.
Le MNS présenté ci-dessous était réalisé dans la perspective de présenter une vue 3D haute résolution à EDF pour montrer les perspectives envisageables dans le but d’analyser les barrages hydrauliques.
Source : l’Avion Jaune – CEMAGREF Mikaël Jouanne 2009 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Le barrage est ondulé. Un essai à été réalisé en baissant la résolution du MNS mais des pics se forment liés à la résolution des photos qui ne permettent pas d’avoir suffisamment de détails pour que l’auto-corrélateur soit plus précis.
Dans la littérature, il est indiqué qu’il est difficile de faire ressortir l’altimétrie de l’eau par stéréoscopie.
Nombre d’images : 2 – Résolution des clichés bruts : 65 cms
Résolution du MNS : 5 mètres – Résultat de l’aéro-triangulation (RMSE) : 0.52
Ici, on peut voir que l’auto-corrélateur réagit bien avec une surface en eau. Après une comparaison entre le MNT IGN drapé sur la même orthophoto, il a été constaté que la résolution était quasiment identique au MNS extrait avec LPS.
Point positif :
Il est possible de produire des mises à jour de la même qualité que l’IGN avec un appareil photo grand public et des clichés de 110 hectares de superficie en moyenne.
Point négatif :
Le MNS n’est pas assez précis pour faire une présentation 3D « séduisante » à l’œil afin de constater le degré de précision que l’on peut atteindre à partir de photographies aériennes. L’objectif du stage étant de montrer les défauts et les qualités des deux logiciels, il est donc important de pousser leurs limites sur des détails difficiles à extraire en stéréophotogrammétrie.
Source : l’Avion Jaune – CEMAGREF Mikaël Jouanne 2009 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
De ce fait, nous avons décidé de travailler sur des données plus précises telle que l’acquisition à 3200 pieds au-dessus de la Grotte du Mas-d’Azil, ce qui permettra d’analyser la finesse des deux chaînes de production.
b. Résultat des MNS avec la prise de vue à 3200 pieds
Nombre d’images : 10 – Résolution des clichés bruts : 0.18 cms
Résolution du MNS : 50 cms - Résultat de l’aéro-triangulation (RMSE) : 10
Sur ce MNS, on peut constater quelques artefacts. Ces artefacts sont principalement dus aux décalages de la mise en place des points de liaison (Chapitre II- 2, p. 23). Un autre effet est à noter en bord d’images, ceci est provoqué par le manque de recouvrement et la distorsion généralement plus importante dans chaque coin d’image causé par la convexité de la lentille.
A cette étape, j’ai consacré beaucoup de temps pour trouver d’où pouvait provenir les décalages créés par la mise en place des Tiepoints. De nombreux tests ont été menés sans résultat (cahier journalier personnel - P.78 à p.89).
Artefacts
Source : l’Avion Jaune – CEMAGREF Mikaël Jouanne 2009 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
c. Résultat final des MNS avec la prise de vue à 3200 pieds
Lors des différents essais, j’ai pu constater qu’il y avait un manque de recouvrement entre différents couples de photos. Il est donc difficile de réaliser le MNS des 81 clichés réalisés à 3200 pieds en associant le problème de mise en place des Tiepoints. En effet, suite à un entretien téléphonique avec le support technique LPS, il s’est avéré après différents tests que la cause est due au manque de recouvrement entre les 2 traces. C’est pourquoi, nous avons du nous contenter d’un MNS de 20 images puisqu’il était difficilement envisageable de poursuivre le bloc en réalisant manuellement tous les points de liaison entre images.
Présentation du MNS Raster :
Le MNS Raster est le résultat suite au lancement de l’auto-corrélateur en étape finale du bloc. Cette image raster contient la valeur altimétrique de chaque pixel pour les 20 clichés au-dessus de la Grotte du Mas d’Azil.
Marches
Source : l’Avion Jaune – CEMAGREF Mikaël Jouanne 2009 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Les marches visibles sur cette image sont le résultat d’une mauvaise corrélation entre couple stéréoscopique. En effet, si le rapport de l’aéro-triangulation est mauvais, l’acceptation de celle-ci introduit des coordonnées terrain erronées pour les points de liaison et génère des erreurs de mise en correspondance lors de la corrélation des couples stéréoscopiques. Pour améliorer ce résultat, il est nécessaire de recommencer l’aéro-triangulation en essayant soit de trouver les « points faux » qui décalent les « points vrais » lors de l’aéro-triangulation soit ajouter des points de liaison si le nombre est insuffisant.
Dans notre cas, ayant un problème récurrent pour lancer la mise en place automatique des Tiepoints, il manque, de ce fait, des points de liaison au bloc, ce qui génère une instabilité lors du lancement l’aéro-triangulation.
Pour améliorer le résultat, nous avons lancé couple par couple la mise en place des Tiepoints pour palier au manque de recouvrement entre les deux axes qui empêche le logiciel de trouver automatiquement les points de liaison sur les 20 images, ce qui nous a permis d’obtenir un résultat plus lisse avec tout de même quelques artefacts, problème récurrent avec LPS.
Artefacts
Entrée de la
grotte
Source : l’Avion Jaune – CEMAGREF Mikaël Jouanne 2009
Artefacts
CemOA : archive ouverte d'Irstea / CemagrefOrthophoto :
Résultat final en 3D :
Nombre d’images : 20 – Résolution des clichés bruts : 0.18 cms
Résolution du MNS : 50 cms - Résultat de l’aéro-triangulation (RMSE) : 1.82
Ce résultat final peut-être présenté à partir de logiciels 3D tels que Space Eyes et Arc Scene (Vidéo – LPS_3D.avi).
Source : l’Avion Jaune – CEMAGREF Mikaël Jouanne 2009 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
2. Présentations des MNS réalisés sous MicMac
Ayant travaillé 1 mois et demi sur LPS avant la formation chez IGN, nous avions déjà défini la zone de comparaison la plus intéressante. Nous avons donc travaillé sur le chantier de 20 images identiques à celui présenté précédemment. Pour ce faire, nous avons utilisé les mêmes points de référence terrain pour avoir une superposition parfaite entre les 2 MNS.
MNS Dezoom 4 2
Peu de défauts sont visibles à l’œil sur ce MNS, si ce n’est le coin bas-droit qui est du au fait qu’il n’y a pas de photos sur cette partie (voir l’orthophoto).
Source : l’Avion Jaune – IGN
Marc Pierrot-Deseilligny 2009 2009 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Comme on a pu le voir dans le chapitre II- 3, la méthode de la chaine de production d’IGN est simplifiée par une automatisation de la mise en place des points de liaison. C’est pourquoi, il a été relativement simple pour Marc de réaliser le MNS pour le chantier global qui compte 81 photos.
MNS Dezoom 1
Ce chantier global montre quelques imperfections qui sont principalement du à la qualité du recouvrement insuffisant entre clichés (1). En effet, une photo n’a pas été déclenchée sur la 1ere trace.
MicMac contrairement à LPS n’arrive pas à calculer de valeurs altimétriques pour les surfaces en eau, Marc Pierrot-Desseiligny a donc créé une couche vecteur pour supprimer la corrélation sur cette partie du lac. Il est possible par la suite d’attribuer manuellement l’altitude du lac au polygone dessiné (2).
Source : l’Avion Jaune – IGN
Marc Pierrot-Deseilligny 2009 2009 1
2
CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref3. 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 :
CemOA
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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]
.CemOA
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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
CemOA
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d'Irstea
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 ;
CemOA
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d'Irstea
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)
CemOA
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ouverte
d'Irstea
[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
CemOA : archive ouverte d'Irstea / CemagrefANNEXES
CemOA : archive ouverte d'Irstea / CemagrefTutoriel 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.
CemOA
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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
CemOA
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ouverte
d'Irstea
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
CemOA
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d'Irstea
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
CemOA
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ouverte
d'Irstea
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
CemOA : archive ouverte d'Irstea / CemagrefDu 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
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