Jean-Marc Gilliot Joël Michelin Emmanuelle Vaudour. 11e Journées d'étude des sols 2012 Versailles-Grignon

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1 Une chaîne de traitement automatique pour l'estimation de la rugosité des sols agricoles par photogrammétrie 3D à partir de photographies prises sans contraintes pour le suivi radiométrique des sols UMR AgroParisTech INRA Environnement et Grandes Cultures Grignon Jean-Marc Gilliot Joël Michelin Emmanuelle Vaudour

2 PLAN INTRODUCTION MATERIEL ET METHODES RESULTATS CONCLUSION

3 INTRODUCTION

4 Estimation de la teneur en carbone organique de l'horizon de surface des sols agricoles par des mesures spectroradiométriques au champ Images satellites Prédiction CO Sol + sombre Régression PLSR SOL

5 Réflectance du sol = f( facteurs intrinsèques, facteurs extrinsèques) Intrinsèques = composition physico-chimique du sol (CO ) Extrinsèques = humidité, rugosité. Mars 2012 PVPA Placette de mesure 90cm x 90cm Surface mesurée Ø ~ 35 cm 6 répétition par placette

6 Effet de la rugosité sur la mesure radiométrique : les ombres portées Photo à l ombre Photo au soleil Mesurer la rugosité du sol pour interpréter et corriger les mesures spectrales Rugosité CO sol plus sombre (ombres portées) sol plus sombre

7 OBJECTIF: Estimer la rugosité sur la zone de mesure radiométrique

8 MATERIELS ET METHODES

9 Région d étude Plaine de Versailles et Plateau des Alluets (PVPA) Constituée de 25 communes A 30 km à l ouest de Paris, Environ ha, dont ha agricoles. Intense activité agricole

10 Estimation de la rugosité des sols par un profilomètre laser campagne de mesures 2010 Prototype de profilomètre laser développé en 2010 : à partir d un distance mètre laser (précision 2 mm) Inconvénients : - limite de la précision = parties mécaniques - temps de mesure long - seulement un profil = faible représentativité spatiale Pocket PC Rayon laser

11 Méthode rugosimètre laser trop longue sur le terrain ne permettait pas de mesurer tt les placettes. Recherche d une méthode de mesure de la rugosité plus rapide sur le terrain : Photogrammétrie 3D Méthode déjà ancienne : STEREO-PHOTOGRAPHIE Programme National de Télédétection Spatial( ) INRA-Grignon (Paul Boissard) / l ENSEA (Ecole Nationale Supérieure d Electronique et ses Applications) [Rabin, 1997] B. Rabin, M. Zribi, V. Ciarletti, P. Boissard, O. Taconet and M. Chapron, Characterisation of the Soil Structure and Microwave Backscattering Based on Numerical Three Dimensional Surface Representation, Physical Measurements and Signatures in Remote Sensing, Courchevel, 7-10 Avril 1997, France. 2 appareils photos placette Couple stéréophoto. IGN Photographies aériennes Mire de calibration Conditions géométriques contrôlées Scanner laser 3D Trop onéreux

12 Il existe aujourd'hui des logiciels de photogrammétrie presque sans contrainte géométrique pour les prises de vue : - Photosynth de Microsoft - Bundler - MicMac de l IGN (Marc Pierrot Desseilligny) On a choisit bunder -> plus facile a utiliser dans des scripts pour automatiser

13 Méthode photogrammétrique campagne 2011/2012 La photogrammétrie est une technique qui consiste à effectuer des mesures dans une scène à partir d images, en utilisant la parallaxe obtenue entre des photographies acquises selon des points de vue différents Photo1 depuis pt de vue 1 Point de vue 1 Décalage parallaxe objet fond Point de vue 2 Photo2 depuis pt de vue 2

14 Appariement de positions entre 2 images d après couleur et forme des «objets» Il faut éviter de changer les conditions (luminosité, ombres) entre les 2 prises de vue On met la placette à l ombre d un parasol Pendant la série de prise de vues

15 Cadre = repère 3D Positions et dimensions connues des plots de référence Sol placette mesurée

16 Une série de photos prises sous différents angles 11e Journées d'étude des sols 2012 Versailles-Grignon

17 + 5 dans le plan vue de dessus

18 La chaine de traitements logiciels Résolution limitée à 2560x1920 Temps de calcul Windows 7 64 bits pour disposer de plus de RAM 13 photos. Traitement photogrammétrique Nuage de points 3D (x,y,z) + couleur Recalage géométrique par rapport au cadre position et échelle : régression linéaire Nuage de points 3D à l échelle Projection et interpolation sur une grille 2D Micro MNA sous SIG Calcul des indices de rugosité Base de données

19 Nuage de points 3D sous le logiciel MESHLAB Point x,y,z + couleur

20 Une chaine de traitement Semi-automatique campagne 2011 La prise des points d amer est manuelle

21 Automatisation de la prise des points d amer Une chaine de traitement Entièrement automatique campagne 2012 Détection automatique des plots par la couleur Le centroïde des points rouges (par ex) => x=517, y=417, z=34

22 Itération sur les répertoires 26a-6-1.ply nuage 3D Micro M.N.A. Sorties pour chaque placette Graphiques JPG Les scripts : python, R, ArcGis 1 répertoire par placette = 13 images Temps de calcul ~ 20 min / placette Sortie globale : table des indices de rugosité

23 L1 L2 Les indices de rugosité calculés : Indice de tortuosité la chaine IC% = (1 L1/L2)*100 Pourcentage de raccourcissement de la chaine Valeur élevée = sol rugueux Zmin, Zmax, Zmoyen, Zsd Fonction de corrélation -> Longueur de corrélation Ombrage = proportion de la placette couverte par des ombres portées

24 RESULTATS

25 Modèle numérique 3D des mottes Résolution 1 à 2 mm en X,Y et en Z mm

26 Campagne 2011 Campagne placettes 2340 photo. En cours 1 répertoire par placette = 13 images

27 Validation de la précision des mesures avec des maquettes 3D : hémisphères en polystyrène de taille et de position connue

28 photos Modèles numériques 3D

29 Transect de contrôle

30 Estimation de la précision de mesure de la surface 5 hémisphères de 10 cm de diamètre Modèle photogrammétrique 46,3 cm 36,3cm Surface théorique : S = 46,3 x 36,3 5 x (PI x 5 2 ) + 5 x ((4 x PI x 5 2 ) / 2 ) = cm 2 Erreur de 4 cm % d erreur Calcul de la pente: a a S : Pixel = 1 mm à plat Cos(a) = S / Sp Sp = S / cos(a) = 1 / cos(a) Surface totale mesurée = Σ Sp cm 2

31

32 Conclusion perspective de la méthode SOL Prise en compte des effets de la rugosité sur les mesures radiométriques Modèle de correction?

33 Conclusion perspective de la méthode Utilisation d imagerie Satellite radar Généraliser spatialement la rugosité Prise de vue le 13/03/2012 Nicolas Baghdadi CEMAGREF UMR TETIS Maison de la Télédétection mat Télécommande «live view» Surface plus grande Toute une parcelle par drone (stéréo-photo) Collaboration AirInov Cf travaux CEMAGREF / IGN

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