Photogrammétrie
Nous possédons l’un des plus moderne et de mieux équipé attelier de photogrammétrie en Europe. Nous nous consacrons à la photogrammétrie et à la télédétection de la Terre dans toute son étendue .
Travaux préparatifs aux prises de vues aériennes
En fonction des demandes du client et l’évaluation de l’objet de la prise de vue elle-même (chantier de forme linéaire ou surfacique, les précisions et/ou les résolution des images, la configuration du terrain, secteurs urbains ou ruraux, etc), nous choisissons l’échelle la plus adaptée à la prise de vues aérienne, le recouvrement longitudinal et le recouvrement latéral, la hauteur de vol, ainsi que la bonne focale de la caméra. Concernant la préparation de plan de vol, il est décisif de savoir si les prises de vues doivent être réalisées avec le recouvrement longitudinal et transversal standard ou si pour des raisons technologiques, il faut modifier ces recouvrements. En principe, il faut toujours faire un projet de vol dans un environnement graphique. Le logiciel calcule ensuite le recouvrement optimal des clichés et l’ordre des paramètres demandés de prises de vues et définit les positions préalables des futurs clichés ainsi que la hauteur de vol de l’avion lors de la prise de vues. Ces données sont ensuite transmises à l’ordinateur de navigation embarqué, lequel gère, en temps réel, le vol de prises de vues et l’exposition des clichés.
Caméras photogrammétriques numériques
Il y a quelques années, on utilisait exclusivement des clichés aériens « classiques » pris sur des films, convertis ensuite en format matriciel par scanérisation. Ces dernières années, on note l’arrivée des caméras photogrammétriques numériques grand, voir moyen format. Deux obstacles majeurs, qui ont considérablement ralenti le développement même des caméras numériques aériennes, ont dû être surmontés pour le développement des caméras grand formats.
Le premier obstacle était la vitesse insuffisante de sauvegarde des clichés numériques sur disque dur et la capacité de stockage de données limitée de ces disques. Ce problème fut entièrement résolu par un développement dynamique de la vitesse d’accès sur les disques durs et par l’augmentation considérable des capacités de stockage de disques au cours des dernières années et aussi par des solutions logicielles sophistiquées de sauvegarde de données.
Le second obstacle est lié à la dimension insuffisante du capteur CCD. Ce problème a été résolu par deux constructions fondamentalement différentes de caméras numériques de grand format. La première recompose le cliché final à partir de plusieurs images partielles obtenues par expositions simultanées de plusieurs caméras (quatre caméras en général) équipées de capteur CCD de format moyen – Intergraph, Vexcel. La seconde fait valoir le principe du scanner linéaire connu des applications satellitaires - Leica. Dans ce cas, le capteur CCD surfacique n’est pas utilisé, mais un capteur linéaire, et nous n’avons pas de clichés classiques, mais une bande de largeur constante et d’une longueur « infinie », limité uniquement par la grandeur du fichier du système opérationnel correspondant.
Les deux méthodes ont leurs avantages et leurs inconvénients, mais permettent plus ou moins de répondre aux exigences des travaux aériens correspondant aux prises de vues par caméras analogiques classiques. Par combinaison des sorties des systèmes de navigation inertiels reliées à une caméra numérique et de la gestion en ligne de données inertielles et de métadonnées des clichés au cours du vol, on peut clairement atteindre une grande efficacité dans le traitement postérieur de telles données.
Mesure directe des paramètres de l’orientation des clichés
La connaissance des paramètres de l’orientation interne, realtive et absolue des clichés aériens, éventuellement des clichés numériques, est l’élément clé de tout projet photogrammétrique. En photogrammétrie, ce problème est couramment réglé à l’aide d’aérotriangulation analytique. Ce procédé peut être remplacé, partiellement ou entièrement, par des mesures et calculs de paramètres d’orientation, mesurés par des appareils inertiels.
La position spatiale de chaque photo ou de chaque image (X, Y et Z) est calculée à partir des mesures accélérométriques des différents axes d’unité de mesure inertielle (IMU) et les inclinaisons angulaires (Kapa, Phi et Oméga) gyroscopiquement. L’IMU est solidement liée au corps de la caméra aérienne classique ou numérique et se compose d’une trinité d’accéléromètres orthogonaux, de gyroscopes et d’équipements électroniques, lesquelles convertient les entrées analogiques en format numérique. La partie principale du système est un récepteur GPS bi-fréquence à 12 canaux. Le système comprend ensuite un ordinateur qui restitue les données des capteurs de navigation, de l’IMU et des récepteurs GPS, et effectue des mesures précises de la position de l’avion, de sa vitesse, de son inclinaison transversale et longitudinale, de son allure et accélération. La caméra au moment de l’exposition du cliché génère un signal qui est amené dans l’IMU, où le moment de l’arrivée du signal est enregistré. Lors du post-traitement la position du centre du cliché est ensuite restituée et les rotations dans les trois axes sont enregistrées.
Ces données peuvent ensuite servir directement comme des paramètres de l’orientation externe des clichés pour le traitement suivant ou plus souvent comme des entrées très précises d’aérotriangulation analytique. Leur utilisation réduit sensiblement les exigences en nombre de points d’appui du canevas terrestre de contrôle, mesurés par les méthodes topographiques traditionnelles.
Prises de vues aériennes
Les deux chapitres précédents ont évoqué les caméras aériennes et les appareils inertiels permettant la mesure d’éléments de l’orientation externe de la caméra directement dans le cadre des prises de vues aériennes. Si nous parlons des technologies numériques des prises de vues aériennes, il faut également évoquer, sans rentrer dans les détails, l’arrivée des techniques numériques dans le processus même de la réalisation des prises de vues aériennes.
Le projet de vol est en général préparé au bureau, à terre, mais dans certains cas particuliers il est possible de profiter de la possibilité de changement de ce plan en cours de vol. Cette requête apparaît notamment quand il est difficile d’établir à l’avance l’étendue des prises de vues, comme par exemple les prises de vues d’inondations. Ou lorsque les prises de vues doivent être réalisées dans un délai déterminé et qu’il est impossible de fixer à l’avance l’échelle des clichés, laquelle dépend entre autre de la hauteur de vol par rapport à la base nuageuse. Dans ces cas, les systèmes de navigation embarqués, permettent une planification en temps réel, voire un changement du plan de prises de vues aériennes selon des dispositions concrètes. L’équipage et l’avion feront le tour de la localité prévue et enregistreront les points de rupture, ou soustrairont à l’altimètre la hauteur minimale de la base nuageuse et inséreront les informations dans le serveur. Le plan de vol est ensuite immédiatement modifié.
La prise de vues aérienne elle-même est ensuite effectuée avec l’assistance de plusieurs serveurs. Le plan de vol est enregistré dans le système de coordonnées de la commande, qui calcule au cours du vol la position réelle de l’avion, aussi bien sa position que sa hauteur, à l’aide du système GPS et du modèle numérique de terrain enregistré dans le serveur (par exemple sous forme de profil en long dans les axes de vol exigés). Cet ordinateur transmet d’une part les informations à l’opérateur de la caméra qui surveille la conformité du processus de prises de vues avec les hypothèses, ensuite l’information est partagée avec le pilote automatique ou le pilote qui effectue le pilotage de l’appareil selon l’itinéraire prescrit. Le serveur transmet également l’ordre de réalisation d’exposition à l’unité de contrôle de la caméra classique ou numérique. L’ordre d’exposition est envoyé simultanément aux appareils D-GPS ou à l’unité inertielle, qui enregistre ou envoie au serveur les informations sur le moment de l’impulsion. Le temps unitaire GPS est ensuite, lors du traitement des données de prises de vues, des mesures d’inertie et GPS, décisif pour mettre en relation les données correctes. L’ordinateur de l’unité inertielle peut transmettre à la caméra des informations sur l’angle actuel de dérive et la caméra sur la base de ces indications corrige automatiquement la dérive. Le serveur peut également surveiller les informations sur la hauteur de vol et en comparant la vitesse de vol et le temps correct d’exposition donner ensuite l’instruction de compensation de filé à l’appareil.
Tout le vol est retransmis à l’écran, sur lequel apparaissent sous forme graphique, à côté des données sur le vol, les données des cartes de l’OACI avec les données aériennes nécessaires pour assurer la sécurité du vol et l’orientation sur le terrain.
Gestion du flux des données
L’un des problèmes engendrés par le passage à la collecte numérique des données est la grandeur considérable des fichiers et les exigences accrues pour leur gestion qui en découlent. Aujourd’hui, alors que les exigences en capacité de disque pour les grands projets photogrammétriques oscillent en centaines de GB, l’utilisation d’un système de gestion et de distribution pour un grand nombre (notamment) de données matricielles, peut considérablement faciliter cette tâche.
Un tel système est fondé généralement sur un serveur central, qui à l’aide d’une base de données maintient la revue du placement des paquets de données sur le réseau et met entre les mains de l’utilisateur des outils simples pour leur tri, recherche et manipulation. Il permet également de connecter aux fichiers des métadonnées d’utilisateur, qui sont ensuite utilisées dans les applications destinées à suivre et à gérer les processus de fabrication
Aérotriangulation automatique
L’aérotriangulation, plus particulièrement la mesure des points de liaison, est l’un des processus où les avantages des filières numériques apparaissent au grand jour. Les points de liaison, au lieu d’être longuement mesurés manuellement sont générés automatiquement sur la base de la corrélation des clichés aériens et l’opérateur n’a théoriquement plus qu’à rechercher et à mesurer les points de contrôle. La corrélation automatique ainsi que la mesure des points de contrôle peuvent encore être simplifiées et accélérées en utilisant les bons paramètres d’entrée de l’orientation extérieure, comme cela à été décrit ci-avant.
L’optimisation du processus de génération de points de liaison est aujourd’hui si avancé que la vitesse de la réalisation des opérations est plusieurs centaines de fois supérieure qu’au temps où ces opérations étaient effectuées manuellement et les résultats sont d’une plus grande fiabilité. Les algorithmes de corrélation permettent de générer une quantité quasi infinie de points de jonction entre les clichés et les modèles, ce qui permet d’obtenir une rigidite de jonctions et une précision générale de l’aérotriangulation, nettement supérieures.
Il est tout à fait concevable que dans certains cas, le processus d’automatisation doit être appuyé par l’intervention effective de l’opérateur, dans les cas où l’algorithme de corrélation fait défaut aux endroits de mauvaise texture du cliché ou quand le cliché est difficilement différentiable comme pour les ensembles de vastes forêts ou les plans d’eau.
Corrélation automatique du modèle numérique de terrain
Un autre domaine où les procédures numériques ont largement contribué à l’automatisation de la collecte des données est la restitution du modèle numérique de terrain (MNT), éventuellement du modèle numérique de surface (MNS).
Les points altimétriques sont extraits des clichés aériens par corrélation automatique. Les paramètres d’entrée à insérer pour le calcul peuvent être par exemple des informations sur le type de terrain, des informations géomorphologiques sur les bords de terrain ou les caractéristiques de lissage des changements de terrain. A l’inverse du mode conventionnel de mesure, où l’opérateur s’attache à chaque point mesuré séparément, le programme de corrélation travaille sur chaque niveau des pyramides de capture d’écran (overview) et après avoir recherché un grand nombre de points homoloques entre eux sur les images de gauche et de droite, il procède successivement à leur précision statistique jusqu’à la pyramide de capture d’écran ayant la plus grande résolution. Ceci permet d’obtenir une grande précision et une grande vitesse de mesure. L’utilisation de filtres spéciaux peut encore augmenter l’efficacité de la corrélation automatique avec élimination des mesures éloignées et permettre ainsi une propreté plus grande des données de sortie.
Comme pour l’aérotriangulation automatique, il existe ici aussi des domaines où l’intervention manuelle de l’opérateur reste indispensable pour maintenir une qualité homogène du produit final.
