Utilisation de la corrélation diachronique d'images pour la métrologie de ponts. Michel Kasser, Stéphane Cretegny Institut Insit, Heig-Vd, Yverdon

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1 Utilisation de la corrélation diachronique d'images pour la métrologie de ponts Michel Kasser, Stéphane Cretegny Institut Insit, Heig-Vd, Yverdon

2 La corrélation : un outil employé dans des multitudes de domaines, en particulier en topométrie. Et bien entendu, en photogrammétrie. Rappel : le coefficient de corrélation entre deux variables X et Y Illustrations classiques de la corrélation en topométrie : en nivellement (codes-barres), et pour les GNSS. Dans les deux cas on corrèle un signal connu, mais bruité et décalé de manière inconnue, avec le signal théorique.

3 Emploi de la corrélation en imagerie En photogrammétrie, traditionnellement la corrélation était effectuée par l œil humain. Elle a été relayée par une corrélation numérique, entre des imagettes de taille variable, p. ex. en corrélation 2D : Imagette petite (p. ex. 3 x 3) : bonne détection des petits détails, calcul rapide, mais beaucoup de fautes Imagette grande (p. ex. 25 x 25) : très précis, peu de fautes, calcul très long, mais filtre les hautes fréquences spatiales. La corrélation est aussi employée en mode diachronique, 2 images de la même zone à des moments différents, permettant de mesurer les déformations. Importance du bruit dans l image! 3

4 Corrélation diachronique d ortho-images Première publication, en géophysique (2000) : mesure de déplacements cosismiques à 10 cm près sur une image Spot à pixel de 10 m. 4

5 Corrélation d'images SPOT5 sur le glissement de La Valette (près de Barcelonnette). Images : Août 2003, Septembre C. Delacourt 5

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8 3m 2m 1m 0 8

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10 La corrélation sur des ortho-images diachroniques : un usage inattendu en détection de défauts géométriques des images 10

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13 Premiers essais sur une culée de pont. Travail de Master MIT effectué en 2012 (Maxime PROT). 13

14 Mouvements sous MatchID h00 +1h14 +1h41 +1h57 +2h09 14

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16 Dilatation du tablier 16

17 Passerelle sur la Thielle à Suscévaz map.geo.admin.ch 17

18 Exemple de prise de vue 18

19 Analyse au passage de véhicules 19

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22 Applications de la corrélation diachronique aux ponts Master J. Comte 2013 : Pont autoroutier et les déplacements verticaux observés à l occasion du passage d un véhicule, les couleurs sont exprimées en pixels (1 pixel = 3 cm). 22

23 Essais sur un pont autoroutier à Grandson (VD) Distance : 60 m. Pixel = 1 cm sur l objet. Comparaison entre le pont à vide et lors du passage d un bus de 10 t. Canon EOS5D, f = 50 mm 23

24 Analyse des limitations du processus de corrélation diachronique 24

25 Tests exploratoires sur les effets de la réfraction Pont à 650 m de distance, Le Canon EOS5D, objectif 600 mm, Lissage sur 100 pixels ( 1 m) Charge nulle sur le pont Temps chaud mais couvert 25

26 dv [pxl] Pont Grandson, distance 650 m, lissage 100 px 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2 2485_ _ _ _ _ _ _2501-0,3-0,4-0,5 26

27 Instabilité interne de la camera Corrélation entre images successives (1 px = 0.2 mm) dh dv 27

28 Effets de la distorsion Julien Comte, MIT,

29 Effets de l orientation Avant correction de rotation Après correction de rotation 29

30 Rotation de la camera autour de son axe optique 30

31 Problème de la répétabilité de la mise en station Petite rotation de l appareil photo autour de l axe optique Par exemple : Rotation = 0.2 gons, dist = 130 m Disparité 5 px Avec une embase de type topographique : Rotation < gons Disparité 0.1 px 31

32 Rotation Conséquences Perte de précision Baisse du coefficient de corrélation Recommandations Centrages forcés Mesure et correction de la rotation avant la corrélation finale 32

33 Sommation d images Améliore la dynamique et le rapport signal/bruit Image brute Dyn. [ ] 16 images Dyn. [ ] 33

34 Sommation d images Valeurs du coefficient de corrélation 34

35 Sommation d images BUT : améliorer le rapport signal/bruit. CONTRAINTE : Pas de deformations de l objet pendant l acquisition de la suite d images. THEORIE: Le bruit est gaussien, aléatoire dans l image. Il croît en N alors que le signal croît en N, nombre des images additionnées. 35

36 Sommation d images Exemple Images brutes IMG 1 IMG 2 IMG 16 Signal X 16 = Images "propres" [ ] [ ] [ ] bits 12bits 12bits [ ] 16bits + Bruit bruit 1 + bruit bruit 16 Bruit X 4 36

37 Temps d exposition 37

38 Corrélation diachronique d images utilisée en mesure de déformations d ouvrage d art. Intérêts : limitations pratiques Précision 1/100 e de pixel accessible (soit 0.1 mm sur un ouvrage de 50 m de long), Effets limités de la réfraction atmosphérique, selon les conditions et la distance. Acquisition et traitement très peu coûteux. Mesure instantanée (très intéressante sur un ouvrage qui se déforme vite) et globale sur toute la surface. Inconvénients : Mesures uniquement dans le plan perpendiculaire à la visée. Impossibilité de mesurer une déformation isotrope. Grande dynamique requise pour les images Les surfaces utiles ne doivent pas être trop uniformes, et ne doivent pas être modifiées (peinture p. ex.)

39 Étude comparative Mesures sur un pont autoroutier à Grandson, test en charge (camion de 40 t) sur 9 emplacements différents. Mesures simultanées avec deux tachéomètres MS50 sur 9 points en pointé automatique, et avec deux niveaux de haute précision DNA03 sur mires invar, sur des points très proches des parements. 39

40 DNA03 40

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45 Côté Neuchâtel États Point 1 Point 2 Point 3 M Écarts en mm entre la détermination topométrique et la détermination par corrélation d image Correspondance < 0.05 pixel Correspondance < 0.1 pixel Correspondance > 0.1 pixel Côté Grandson États Point 4 Point 5 Point 6 M

46 Conclusions Mesures par corrélation d image au moins aussi précises que les mesures topométriques Problème avec les mesures topométriques, lié à l évolution thermique et donc géométrique du pont pendant les essais. Difficulté à garantir d avance la qualité radiométrique des images, qui est essentielle dans ce processus. 46

47 Questions? 47