10 termes de base pour la photogrammétrie
La photogrammétrie est le processus de mesure à l'aide d'images. Il peut s'agir d'images capturées à l'aide d'un large éventail de dispositifs, notamment des drones, des avions et des appareils photo, pour n'en citer que quelques-uns. Ces images sont utilisées pour générer des modèles 2D et 3D précis et exacts. De nombreuses industries peuvent tirer parti de ces reconstructions, de la sécurité publique aux inspections industrielles en passant par l'agriculture.
Les théories et concepts qui sous-tendent la photogrammétrie peuvent sembler complexes au premier abord, c'est pourquoi nous avons créé une liste des 10 principales choses que vous devriez savoir lorsque vous utilisez la photogrammétrie. Il s'agit de:
- Géométrie
- Radiométrie
- Triangulation
- Paramètres internes et externes
- Paramètres initiaux et calculés
- RTK & PPK
- Système de coordonnées
- Points d'attache
- Distance d'échantillonnage au sol
- Mesure du volume
Grâce à cette liste, vous pourrez saisir les idées de base de la photogrammétrie, comprendre le fonctionnement de cette technologie et être prêt à l'appliquer dans votre propre domaine !
Géométrie
La géométrie est un ensemble de caractéristiques que nous utilisons pour définir la taille, la forme, l'orientation et la position de quelque chose. Ces informations peuvent être reconstituées et analysées à l'aide d'un logiciel de photogrammétrie. Comment cela fonctionne-t-il ? Une photographie capture la "colinéarité". La colinéarité, à un niveau élémentaire, signifie qu'au moins trois points apparaissent sur la même ligne. En photogrammétrie, nous considérons que cette ligne est un rayon de lumière. Trois points fondamentaux se trouveront donc sur ce rayon lumineux, ou ligne : un objet, le point sur lequel l'appareil photo fait la mise au point et l'image de cet objet sur le capteur de l'appareil photo.
Maintenant, avec le bon logiciel, vous pouvez interpréter comment les points qui croisent un rayon de lumière font partie d'une scène plus grande qui a été capturée par l'appareil photo. La longueur et l'angle de la "ligne" sont affectés par l'emplacement exact de l'appareil photo au moment où les photos ont été prises. Le logiciel de photogrammétrie analyse le comportement de la lumière et des éléments colinéaires pour recréer la géométrie de la scène. Pour simplifier : nos logiciels de photogrammétrie (PIX4Dmapper, PIX4Dfields, PIX4Dmatic, PIX4Dcloud, PIX4Dinspect) utiliseront les données de la caméra et les photos elles-mêmes pour générer une reconstruction géométriquement précise d'une zone de projet.
Radiométrie
La radiométrie est une méthode d'analyse du rayonnement électromagnétique. Elle permet de mesurer la façon dont la lumière interagit avec différents objets, y compris les longueurs d'onde qui ne sont pas visibles par l'œil humain. Quel est le rapport avec la photogrammétrie ?
Chaque fois que vous regardez un objet, vous voyez de la lumière de couleurs spécifiques qui vous est renvoyée. Il y a plus de couleurs que vous ne pouvez en voir - nous ne percevons que ce que nos yeux peuvent détecter. Par exemple, lorsque vous observez des plantes, vous voyez généralement une prédominance de vert. La lumière verte est réfléchie par les plantes car elles ne l'utilisent pas lorsqu'elles absorbent l'énergie du soleil. La radiométrie permet de mesurer la façon dont les plantes reflètent cette lumière, ainsi que les quantités et les variations de lumière que nous ne pouvons pas voir à l'œil nu.
Pour utiliser la radiométrie en photogrammétrie, vous pouvez utiliser des capteurs et des caméras spécifiques qui captent la lumière proche infrarouge, également appelés capteurs multispectraux. Ces caméras analysent la lumière différemment d'une caméra RVB (rouge-vert-bleu) standard. Les données de ces caméras spécialisées peuvent être utilisées pour la photogrammétrie agricole. Si vous faites passer ces données par des formules spécialisées, vous pouvez créer un indice de végétation. Il s'agit d'une carte en 2D d'une culture ou d'un champ qui analyse la façon dont les plantes réfléchissent la lumière. La façon dont une plante reflète la lumière vous renseignera sur sa santé, son stade de croissance et son état de stress avant même que vous puissiez le voir de vos propres yeux. Grâce à cette méthode d'utilisation des drones et de la télédétection, les cultivateurs peuvent utiliser la photogrammétrie pour en savoir plus sur leurs cultures que ce qui est visible à l'œil humain.
Triangulation
Les photos collectées pour la photogrammétrie sont en 2D, et pour de nombreux résultats - comme les modèles numériques de surface ou les nuages de points - nous devons convertir ces données pour qu'elles soient utilisables en 3D. La triangulation est la technique permettant de créer des mesures ponctuelles en 3D.
La triangulation est également utilisée par nos yeux. L'idée est que des images prises à différents endroits peuvent être utilisées pour créer un modèle 3D en comparant les différences entre elles. Chaque photo représente une ligne de vue différente, et celles-ci peuvent être corroborées avec d'autres photos pour trouver les intersections entre les points. Comme nous l'avons vu avec la colinéarité et la géométrie, vous pouvez utiliser ces données pour mesurer des distances, et en ajoutant le chevauchement entre plusieurs photos, vous pouvez utiliser la triangulation pour créer un modèle 3D. Par conséquent, l'équipe d'assistance de Pix4D vous recommande de rassembler des photos avec un degré de chevauchement approprié afin de vous assurer que vous disposez de suffisamment de données pour créer un modèle 3D précis et sans lacunes.
Paramètres internes et externes
Nous avons abordé les principes scientifiques de base qui permettent de convertir des photos en modèles 2D et 3D. Pour tirer parti de cette technologie, vous devez disposer d'un outil de collecte de données photogrammétriques approprié, comme un drone ou un appareil photo.
Chaque appareil photo possède certaines capacités dans sa conception. Ces spécifications affectent le fonctionnement de l'appareil photo - par exemple, s'il possède ou non un volet roulant. Les paramètres comprennent :
- L'objectif interne de la caméra
- La position du centre de projection de la caméra
- La matrice de rotation qui définit l'orientation de la caméra
Certains de ces paramètres sont internes à l'appareil photo (par exemple, l'objectif de l'appareil) tandis que d'autres sont externes, comme la position de l'appareil lorsque les photos sont prises. Lors du traitement des photos avec un logiciel de photogrammétrie, ces paramètres doivent être définis pour s'assurer qu'ils sont pris en compte lors du traitement. Cela garantit la précision des résultats, car le logiciel adaptera ses paramètres de traitement en fonction de l'appareil photo utilisé.
Paramètres initiaux et calculés
Pour être sûrs de pouvoir générer des reconstructions précises, nous avons besoin de quelques informations de base sur l'équipement utilisé pour reconstruire la scène : la caméra (et, le cas échéant, le drone). La caméra peut être définie par deux ensembles de paramètres. Tout d'abord, les paramètres internes, qui concernent la géométrie de la caméra elle-même. La façon dont la caméra interprète la lumière est spécifique à la caméra et affecte le traitement des images pour une reconstruction 3D. D'autre part, les paramètres externes définissent la position et l'orientation de l'appareil photo lorsqu'il a pris les photos.
Dans un monde idéal, ces informations seraient à notre disposition dès la capture d'une image grâce aux métadonnées, mais elles ne sont pas toujours précises. Par conséquent, un logiciel spécialisé en photogrammétrie rassemblera tous les paramètres initiaux d'un projet avant le traitement.
Le logiciel va ensuite optimiser ces paramètres, ou calculer un ensemble de paramètres qui représentent plus précisément la géométrie, la position et l'orientation de la caméra. Les paramètres initiaux sont remplacés par les paramètres calculés. Ces modifications garantissent la précision d'un projet. Plus un projet est précis, plus il peut être utilisé dans de nombreuses applications. Si un modèle 3D est précis à quelques centimètres près, il peut atteindre les normes industrielles définies par les organismes de certification, tels que le Bureau Veritas, et être utilisé pour de grands projets de construction ou d'arpentage, ou même dans le cadre d'enquêtes légales sur des accidents et la reconstitution de scènes de crime.
RTK & PPK
Nous avons déjà mentionné la "précision" à plusieurs reprises. La précision est l'une des préoccupations majeures de la photogrammétrie : comment s'assurer que le modèle 3D que vous avez créé est fidèle à la réalité ? Il existe plusieurs méthodes pour y parvenir, et elles reposent sur une géolocalisation précise, c'est-à-dire sur la capacité à déterminer exactement où vous vous trouvez sur terre.
RTK (cinématique en temps réel) et PPK (cinématique post-traitement) sont des méthodes de mesure et d'enregistrement des données de géolocalisation. Il s'agit de deux technologies de correction GPS qui permettent de collecter des données de localisation, d'identifier les erreurs et d'apporter des corrections pendant ou après le levé.
Le RTK a lieu pendant l'arpentage ou un vol de drone. Un drone ou un outil de collecte de données, comme le viDoc RTK, est équipé d'un récepteur GNSS RTK qui collecte les données des satellites et se connecte à une station de base ou à un réseau local pour recueillir des informations géolocalisées pendant la capture d'images. Ces données sont marquées sur les photos. Les positions de la caméra sont calculées en temps réel par rapport à une station de base locale. Les calculs sont utilisés pour corriger la position de la caméra si elle n'est pas enregistrée avec précision, ce qui permet d'atteindre une précision de deux ou trois centimètres horizontalement et verticalement.
Le PPK fonctionne en étant complété après la collecte des données et peut être utilisé en l'absence de matériel doté de capacités RTK. Le drone inscrit les coordonnées géographiques sur chaque image en se basant sur le récepteur GNSS embarqué du drone. En même temps, une unité de base (telle qu'un réseau CORS ou une station de base GNSS) enregistre également les informations de position. Ces données sont utilisées pour déterminer les points et les références de géolocalisation. Le PPK peut être utilisée si le RTK n'est pas une option ou s'il n'y a pas de points de rattachement disponibles, comme dans les missions de cartographie rapide ou les missions de drones de récupération après sinistre.
Ces deux techniques ont pour objectif commun d'assurer la précision d'un projet en le maintenant au centimètre près (si elles sont réalisées correctement). La question de savoir si le PPK ou le RTK est meilleure fait l'objet d'un débat et dépend généralement du projet. Quel que soit le système que vous utilisez, il vous aidera à créer des résultats professionnels qui pourront être utilisés pour des applications réelles telles que la topographie ou le suivi de terrain.
Systèmes de coordonnées
Un système de coordonnées est un moyen d'organiser des lignes ou des courbes de référence pour définir des emplacements dans l'espace. Différents systèmes de coordonnées sont utilisés dans le monde, certains pays ayant leur propre système.
Une personne utilisant un logiciel de traitement photogrammétrique doit définir le système de coordonnées qu'elle utilise avant de traiter ses données. Sinon, le logiciel pourrait interpréter les données de géolocalisation de manière incorrecte et rendre des mesures inexactes, voire déformer les résultats finaux.
Les différents systèmes de coordonnées donneront des résultats légèrement différents après le traitement en raison des variations entre les systèmes. C'est pourquoi il est important de savoir quel système de coordonnées vous utilisez lorsque vous recueillez des données, afin qu'il puisse être défini dans le logiciel lors du traitement et que vous obteniez des résultats indiquant correctement où vous vous trouvez - plutôt que de confondre le site de votre projet avec un endroit complètement différent !
Points d'attache
Un point d'attache est un point commun à plusieurs images qui peut être utilisé pour les relier. Ce sont des points d'ancrage - un endroit où la position géographique est absolue. Il existe plusieurs noms pour les points de rattachement (par exemple, Ground Control Points ou check points).
Les points de calage au sol, ou GCP, sont des points dont les coordonnées sont connues. Ils sont mesurés avec précision à l'aide d'un récepteur GNSS RTK ou PPK - ou d'un équipement similaire appelé station totale. Les GCP sont utilisés pour localiser avec précision un projet afin de vous donner une reconstruction fidèle à la réalité.
Les points de contrôle sont comme les GCP, mais ils ne géoréférencent pas un projet. Ils sont plutôt utilisés pour évaluer la précision géométrique du projet.
Grâce aux GCP et aux points de contrôle, un géomètre peut être sûr que ses sorties photogrammétriques sont correctement géolocalisées et que les mesures effectuées à partir du modèle 2D ou 3D seront précises.
Distance d'échantillonnage au sol
La distance d'échantillonnage au sol, ou GSD, s'inscrit dans la continuité du thème de la précision. Le GSD est la distance entre deux centres de pixels adjacents mesurée au sol. C'est ainsi que nous faisons le lien entre les distances à l'écran et les distances dans la réalité.
Plus la valeur GSD est élevée, plus la résolution spatiale de l'image est faible. Cela signifie que vous avez moins de détails.
Cela convient parfaitement si vous étudiez un paysage gigantesque et que vous souhaitez obtenir une vue d'ensemble d'une zone. Cependant, si vous recherchez des éléments plus fins pour une enquête sur un accident ou une topographie détaillée, vous voudrez peut-être un GSD plus petit pour pouvoir effectuer une recherche plus complète dans le modèle.
Le GSD est déterminé par la hauteur de vol et les spécifications de la caméra, notamment la largeur de l'image, la largeur du capteur et la distance focale. Un GSD de 5 cm signifie qu'un pixel sur l'image représente 5 cm sur le sol de manière linéaire (c'est-à-dire qu'il montre 25 centimètres carrés). Un GSD de 30 cm signifie qu'un pixel est égal à 900 centimètres carrés (ou 30 x 30 cm). La différence est énorme. Il est possible de réduire le GSD en volant plus près du sol, mais cela se traduira par un ensemble de données plus important et des temps de traitement plus longs. Les photogrammètres professionnels adapteront leur collecte de données en fonction du GSD qu'ils souhaitent.
Mesure de volumes
Il s'agit peut-être d'un concept familier, contrairement à d'autres que nous avons énumérés ! C'est peut-être aussi l'un des plus simples. Les volumes peuvent être mesurés en fonction de la base d'un objet par rapport à sa hauteur ou à sa profondeur. On peut les mesurer avec PIX4Dsurvey, PIX4Dcloud et PIX4Dmapper. Les données peuvent être collectées pour mesurer les volumes avec le viDoc RTK rover ou un drone.
La mesure de volumes par photogrammétrie est utilisée par les professionnels de la construction travaillant sur des projets impliquant la gestion de stocks, ainsi que par les géomètres ou les opérateurs de sécurité publique qui doivent analyser le terrain. L'utilisation de la photogrammétrie pour mesurer des stocks ou des volumes permet de gagner du temps et d'améliorer la sécurité, car elle évite à l'arpenteur de devoir marcher sur un tas pour mesurer le profil du stock. Il n'est plus nécessaire d'utiliser des équipements manuels et encombrants et il est même possible d'effectuer des vols automatisés de drones et de télécharger automatiquement les données sur PIX4Dcloud. L'ensemble du processus permet de réaliser des économies de temps et d'argent, ce qui constitue un retour sur investissement direct de l'utilisation de la photogrammétrie.
En savoir plus sur la science de la photogrammétrie
Félicitations pour avoir lu jusqu'ici ! Certains des sujets abordés dans ce blog sont très techniques et peuvent ne pas vous être familiers si vous êtes nouveau dans le secteur. La photogrammétrie est l'une des méthodes les plus passionnantes pour mesurer et analyser des données. La bonne nouvelle, c'est qu'il existe de l'aide si vous en avez besoin - notre base de connaissances Pix4D sur notre site de support est pleine d'informations qui ont servi de base à cet article, et nos formateurs experts peuvent également former les personnes qui découvrent la photogrammétrie et le travail avec Pix4D.
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