Comment produire orthophotos et modèles 3D par photogrammétrie ? Recouvrement, GSD et points d'appui
Une photo n'est pas une mesure ; plusieurs photos qui voient le même point peuvent en devenir une.
À retenir sur le terrain
- La photogrammétrie calcule des positions à partir de photos qui voient le même point sous des angles différents ; c'est pourquoi le recouvrement est indispensable.
- Le GSD est la taille d'un pixel au sol ; ce n'est pas la précision, seulement un indice de sa limite inférieure.
- Les points d'appui rattachent le modèle aux coordonnées ; les points de contrôle disent à quel point il tient.
- L'orthophoto est corrigée avec un modèle de terrain, l'orthophoto vraie avec un modèle de surface ; les bâtiments montrent la différence.
- L'eau, la neige, les champs plats et le sol sous les feuillages se mettent mal en correspondance ; on planifie avant le vol.
De la photo aux coordonnées : comment ça marche
Le logiciel de photogrammétrie commence par trouver le même détail (une pierre, l'angle d'une ligne) sur plusieurs photos et les met en correspondance. Lorsqu'au moins deux photos, et de préférence davantage, voient le même point, on peut calculer les positions et les directions de visée des prises de vue en même temps que la position en trois dimensions du point. Cette étape s'appelle l'ajustement par faisceaux ; la focale et la distorsion de l'objectif sont généralement estimées dans le même calcul. La corrélation dense produit ensuite un nuage de millions de points, puis à partir de lui un modèle de surface, une orthophoto et un modèle 3D texturé. Chaque maillon de la chaîne repose sur le précédent : si la mise en correspondance est faible, aucun des produits suivants ne sera bon.
Taille du pixel au sol : combien de centimètres pour un pixel ?
La taille du pixel au sol (GSD, ground sample distance ; YÖA en turc) est la dimension d'un pixel sur le terrain. Pour une prise de vue verticale, elle se calcule approximativement ainsi : GSD = largeur du capteur × hauteur de vol ÷ (focale × largeur de l'image). Par exemple, avec un capteur de 13,2 mm de large, une focale de 8,8 mm et une image de 5472 pixels de large, une photo prise à 100 m a un GSD d'environ 2,7 cm ; à 50 m, il est divisé par deux. En Türkiye, le règlement sur la production de cartes et d'informations cartographiques à grande échelle fixe une limite supérieure au GSD des photos aériennes : 10 cm pour les cartes et orthophotos au 1/1000 et 5 cm au 1/500. Un GSD plus petit montre plus de détails, mais il ne constitue pas à lui seul une précision.
Recouvrement : combien de photos doivent voir chaque point ?
Le recouvrement longitudinal est la zone commune à deux photos successives d'un même axe de vol ; le recouvrement latéral, la zone commune à deux axes voisins. Le même règlement demande de planifier la photographie aérienne avec des caméras métriques avec au moins 70 % de recouvrement longitudinal et 30 % de recouvrement latéral, et impose 80 % en longitudinal et 60 % en latéral pour les orthophotos vraies. En levé par drone, les caméras sont plus petites et les vols plus bas, si bien que la plupart des projets prévoient des taux plus élevés ; augmenter le recouvrement au-dessus des zones boisées et des surfaces plates et uniformes est ce qui sauve la mise en correspondance. Dépasser un peu la zone en bout de chaque axe garantit que les bords sont eux aussi vus par assez de photos.
Points d'appui et points de contrôle
Les points d'appui (GCP) sont des cibles dont les coordonnées sont mesurées sur le terrain au GNSS ou à la station totale et que l'on peut repérer sur les photos ; ils rattachent le modèle au bon système de coordonnées. On les répartit aux angles et sur les bords du bloc ainsi qu'à l'intérieur ; des points alignés sur une seule ligne laissent le modèle libre de pivoter autour de cet axe. Les points de contrôle ne participent pas à l'ajustement et servent uniquement à tester le résultat. Le règlement exige que l'erreur quadratique moyenne aux points de contrôle après l'ajustement du bloc reste inférieure à 0,75 × GSD en planimétrie et à 1 × GSD en altimétrie. Avec un GSD de 5 cm, cela signifie au plus environ 3,75 cm en planimétrie, mais seulement lorsque le critère est réellement respecté. Même avec un RTK ou un PPK à bord, des points de contrôle indépendants restent nécessaires.
Orthophoto, orthophoto vraie et modèle 3D
Une orthophoto supprime les déplacements dus au relief, la distorsion de l'objectif et l'inclinaison de la caméra, de sorte que la photo se mesure comme une carte. Comme elle le fait avec un modèle de terrain (le sol nu), les bâtiments hauts et les ponts semblent pencher et les bords des toits se décalent par rapport à leur position réelle au sol. L'orthophoto vraie utilise au contraire un modèle de surface et montre les objets à leur position planimétrique réelle ; c'est pourquoi elle demande plus de recouvrement. Un modèle 3D texturé est le modèle de surface habillé des photos : idéal pour examiner visuellement façades, talus et stocks, mais pour mesurer il s'appuie toujours sur les points d'appui.
Avant le vol : lumière, surfaces et traçabilité
Ce qui gâche le plus la mise en correspondance, ce sont les photos elles-mêmes. Le règlement demande que, pour la photographie aérienne, le soleil soit à plus de 30 degrés au-dessus de l'horizon ; les ombres longues et les reflets posent problème. Sur les surfaces sans texture, comme l'eau, la neige, les champs plats fraîchement labourés et les toits uniformes, le logiciel ne trouve rien à apparier. Surveillez la vitesse d'obturation pour éviter le flou de bougé. En Türkiye, les vols de drone sont soumis aux règles d'enregistrement et d'autorisation de la Direction générale de l'aviation civile (SHGM). Conservez ensemble les photos, la liste des points d'appui ainsi que le système de coordonnées et le type d'altitude (ellipsoïdale ou orthométrique) dans lesquels les points ont été mesurés ; si les types d'altitude sont mélangés, le modèle peut se décaler de plusieurs dizaines de mètres vers le haut ou vers le bas.
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MapLab Survey 3D produit des nuages de points, des orthophotos et des modèles 3D texturés à partir de photos ; il ouvre les nuages de points LAS et LAZ et produit la surface du terrain, le volume de déblai-remblai et des courbes de niveau en DXF. Windows, sur demande.
Questions fréquentes
Le GSD est-il la même chose que la précision ?
Non. Le GSD est la taille d'un pixel au sol. La précision dépend des points d'appui, du recouvrement, de l'étalonnage de la caméra et du traitement, et se mesure avec des points de contrôle.
Combien de points d'appui faut-il ?
Il n'y a pas de nombre unique ; cela dépend de la taille et de la forme de la zone et de la méthode de vol. Les angles, les bords et l'intérieur doivent être couverts, et il faut réserver des points de contrôle qui restent hors de l'ajustement. Pour les marchés publics, le cahier des charges technique du maître d'ouvrage s'applique.
Si le drone a un RTK, faut-il encore des points d'appui ?
Il en faut peut-être moins, mais des points de contrôle indépendants restent nécessaires pour tester le résultat.
Que fait MapLab Survey 3D en photogrammétrie ?
Il produit des nuages de points, des orthophotos et des modèles 3D texturés à partir de photos ; il ouvre aussi les nuages de points LAS et LAZ et produit la surface du terrain, le volume de déblai-remblai et des courbes de niveau en DXF. Il fonctionne sous Windows et est disponible sur demande.
Références techniques
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