Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Collection EDYTEM. Cahiers de géographie La photogrammétrie, principes généraux

Collection EDYTEM. Cahiers de géographie La photogrammétrie, principes généraux et terminologie Yves Egels Résumé L 'objectif de cet article est de présenter les éléments théoriques essentiels de la photogrammétrie. Après une présentation des principes de cette technique bénéficiant de plus d'un siècle de recul méthodologique, les mesures et leurs corrections font l'objet d'un développement. Le géoréférencement des images est alors décrit : orientation, compensation, redressement. Enfin l'exploitation des images et la production des MNT et orthophotos constitue l'aboutissement de la chaine opératoire mise en œuvre. Abstract The aim of this paper is to present the essential theoretical elements of photogrammetry. The technical principles, based on a century of development, are first described. The measures and their corrections are then explained and developed. Two main results of the treatment pipeline are finally proposed : DEM and orthophotographies. Citer ce document / Cite this document : Egels Yves. La photogrammétrie, principes généraux et terminologie. In: Collection EDYTEM. Cahiers de géographie, numéro 12, 2011. Images et modèles 3D en milieux naturels. pp. 41-50; doi : https://doi.org/10.3406/edyte.2011.1176 https://www.persee.fr/doc/edyte_1762-4304_2011_num_12_1_1176 Fichier pdf généré le 08/11/2019 LA PHOTOGRAMMETRIE PRINCIPES GÉNÉRAUX ET TERMINOLOGIE PHOTOGRAMMETRY: GENERAL PRINCIPLES AND TERMINOLOGY Yves EGELS Ecole nationale des sciences géographique, Département imagerie aérienne et spatiale, Avenue Biaise Pascal , 77455 Marne la Vallée Cedex 2, France. Contact : yves.egels@free.fr Résumé L 'objectif de cet article est de présenter les éléments théoriques essentiels de la phot ogrammé trie. Après une présentation des prin¬ cipes de cette technique bénéficiant de plus d'un siècle de recul méthodologique, les mesures et leurs corrections font l 'objet d'un développement. Le géoréférencement des images est alors décrit : orientation, compensation, redressement. Enfin l'exploitation des images et la production des MNT et orthophotos constitue l 'aboutissement de la chaine opératoire mise en œuvre. Mots-clés : photogrammétrie, iconométrie, image, colinéarité. Abstract The aim of this paper is to present the essential theoretical elements of photogrammetry. The technical principles, based on a cen¬ tury of development, are first described. The measures and their corrections are then explained and developed. Two main results of the treatment pipeline are finally proposed: DEM and orthophotographies. Keywords: photogrammetry , iconometry, image, coujnearity. Collection EDYTEM -n° 12-2011 41 Images et modèles 3D en milieux naturels Introduction La photogrammétrie est utilisée depuis plus d'un siècle comme instrument de mesure géométrique, essentiellement dans le domaine de la cartographie, où elle est la base de la quasi-totalité des cartes topogra¬ phiques du monde. Pendant tout le vingtième siècle, les technologies ont relativement peu évolué. Elles sont restées très onéreuses et confinées dans des grands organismes, instituts géographiques civils ou militaires, ou sociétés privées de topographie. Depuis l'an 2000, trois facteurs ont complètement modifié les possibilités d'usage de la photogrammétrie : - le plus important a été la généralisation de l'image numérique de bonne qualité, à des coûts toujours plus bas. Le handicap principal des techniques ana¬ logiques était en effet le support des images, plaques de verre ou film de grand format, qui rendait indis¬ pensable un système de visualisation optico-méca- nique complexe et délicat. Même l'apparition des restituteurs numériques dans les années 80 n'a guère amélioré cette situation ; - l'augmentation constante de la puissance de calcul des ordinateurs, qui permet de réaliser des opéra¬ tions complexes en des temps très courts sur des grandes quantités de données ; - la généralisation dans le domaine universitaire de logiciels libres a mis à la disposition de tout cher¬ cheur des outils extrêmement performants. I - Généralités 1 - Principe La photogrammétrie, mieux nommée à son inven¬ tion iconométrie, permet la mesure géométrique d'ob¬ jets dont on possède des images. Ce terme est un peu vague et nécessite une définition précise dans le cadre de la photogrammétrie : une image est une transfor¬ mation géométrique de l'espace R3 dans l'espace R2 (fonction image). Peu importe la réalisation physique de cette transformation, très souvent photographique, mais aussi radar, radiographique, microscopique, ou par un dispositif à balayage. On remarquera que le lidar ou scanner laser n'entrent pas dans cette définition, car la mesure est directement tridimensionnelle, et, même s'ils sont souvent mis en œuvre par les mêmes corps de métier, les techniques de traitement n'ont rien de commun. Bien entendu, la fonction image ne peut pas être directement inversée, l'inverse d'un point étant sauf exception une ligne. Il est donc nécessaire d'ajouter une autre information pour permettre la localisation à partir de l'image. Deux grandes catégories de méthodes sont alors utilisées (Figure 1) : - si l'on ajoute une information de forme sur l'ob¬ jet, une seule image peut suffire. Un objet peut être plan (une façade par exemple) et on parle alors de redressement, mais aussi on peut supposer connu un modèle de l'objet (Modèle numérique de terrain MNT) et l'on produira alors une orthophoto ; - lorsqu'une telle information n'est pas disponible, on peut utiliser plusieurs images qui couvrent l'ob¬ jet, et qui permettent ainsi de le localiser par inter¬ section. C'est la base de la stéréophotogrammétrie. 2 - La mesure, le modèle et les résidus D'une manière générale, un processus de relevé topographique est, pour une part, la réalisation d'une mesure , l'autre part étant la compréhension de l'objet à relever. Cette mesure est complexe, et peut faire appel à des outils divers : le mètre, l'appareil photo, le tachéo- ■i fl'7 r5 Figure 1 - Orthophoto et stéréophotogrammétrie : à gauche la localisation est impossible ; au centre la localisation est obtenue par combinaison d 'une image et d 'une information sur la forme de l 'objet ; à droite la localisation se fait par intersection des deux droites issues de deux images. 42 Yves EG ELS La photogrammétrie, principes généraux et terminologie mètre, le scanner laser, le GPS... Chacun de ces outils fournit des mesures unitaires partielles et de nature et de précisions diverses : le mètre fournit des distances entre points, le tachéomètre des angles et des distances, la photo des coordonnées des pixels. Le traitement géo¬ métrique des mesures a pour but de transformer ces dif¬ férentes données en un résultat final correspondant aux besoins du commanditaire. Pour effectuer cette transformation, les anciens uti¬ lisaient souvent la règle et le compas, maintenant cette tâche est confiée à des logiciels, qui fonctionnent glo¬ balement tous de la même façon : la mesure unitaire est modélisée par une équation la reliant aux coordonnées des points et aux paramètres de l'instrument de mesure. Par exemple, avec un niveau, la dénivellée est reliée aux coordonnées des deux extrémités par l'équation simple Dn = Pour d'autres instruments de mesure, les équations peuvent être beaucoup plus compliquées : par exemple, pour la photographie, l'équation donnera les coordonnées de l'image d'un point connaissant la position de la caméra, son orientation, et les caracté¬ ristiques de l'objectif que l'on appelle en général para¬ mètres. Chaque type d'instrument de mesure possède son propre modèle mathématique, qui représente son fonctionnement par le calcul numérique. Réaliser une mesure revient alors à trouver le meil¬ leur jeu de coordonnées et de paramètres, qui soit en accord avec toutes les mesures unitaires qui ont été enregistrées. C'est la base de la méthode appelée « solution par moindres carrés ». Bien entendu, la défi¬ nition de « meilleur jeu » doit prendre en compte les différents types d'instrument de mesures et leurs préci¬ sions propre ; par exemple, on mesure à 2 cm près avec un décamètre ruban, à 1 pixel près l'image d'une cible sur une photo, à 50 cm près une touffe d'herbe, à 3 mm près une distance au tachéomètre... Ces différences de précision sont prises en compte dans le calcul par la pondération, qui donne la qualité estimée de chaque mesure. Cette méthode fournit deux résultats : d'une part les coordonnées et paramètres cherchés, mais aussi une estimation de la qualité de ces valeurs, à condition qu'il y ait un nombre de mesures supérieur au minimum nécessaire (mesures surabondantes). L'évaluation de la précision est tirée de l'examen des résidus , qui corres¬ pondent à la différence entre chaque mesure unitaire et la valeur calculée par le modèle, qui tient compte de l'ensemble des mesures effectuées. La moyenne de tous ces résidus, rapportés à la pondération (résidus norma¬ lisés) donne un estimateur global (s0) de la précision du modèle. Si les pondérations sont correctes, cet esti¬ mateur doit être proche de 1 (ce qui signifie que la pré¬ cision obtenue est proche de la précision recherchée). La connaissance de la précision obtenue a un double but : - s'assurer que la méthode utilisée pour le relevé est adaptée au besoin. Si la précision obtenue est infé¬ rieure à la demande, il faudra ajouter des mesures bien placées, ou utiliser des instruments plus précis. Si elle est supérieure la demande, la rentabilité éco¬ nomique du chantier sera mauvaise, il faudra en tenir compte dans les prochains projets ; - vérifier qu'il n'y a pas de faute de mesure. Si les mesures ne sont pas surabondantes, il est impossible de s'assurer qu'il n'y a pas de faute. Plus la uploads/Geographie/ edyte-1762-4304-2011-num-12-1-1176.pdf