Photo-interprétation

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1 Photo-interprétation t ti Cours 2: Aspect matériel (numérique), déroulement d un chantier phot.introduction et notions essentielles Buts du cours Reconnaître les différents types d'images utilisées en PI Comparer les informations contenues dans ces images Prédire le niveau de détail géom. obtenu dans une image Interpréter les détails radiométriques observables Modifier les fichiers de géoréférencement Formuler ses besoins en données photogrammétriques 25/02/2011 Cours 1 2 1

2 SIG vecteur Scanner laser Topométrie LiDAR Traitement Méthodes raster MNT / MNS d image d estimation Visualisation 3D Modélisation radiométrie géométrie Comp. par bloc Télédétection Images Géodésie satellites Orthophoto GPS / INS Cours 1 Notion de résolutions 2

3 Caractéristiques fondamentales Résolution spatiale Taille de la zone couverte par un pixel GSD (Ground Sampling Distance) ou «taille d échantillonnage» Résolution spectrale aptitude du capteur à distinguer des rayonnements électromagnétiques de fréquences différentes plus les intervalles de longueur d onde sont étroits, plus la résolution spectrale est élevée dépend du dispositif de filtrage optique qui décompose l énergie captée en bandes spectrales plus ou moins larges 25/02/2011 Cours 2 5 Exemple de résolution spectrale Panchromatique meilleure résolution spatiale utile pour extraire des informations géométriques pas utile pour de l interprétation spectrale Multispectrale 3 à 8 bandes spectrales résolution spatiale réduite d autant En général: 0.45μm à 0.9μm (B à proche-ir) Thematic Mapper: 0.45μm μ à 12.5μm μ (B à IR thermique) Hyperspectrale >100 bandes spectrales hyper-étroites (qq nm), contiguës résolution spatiale faible courbe de réflectance 25/02/2011 Cours 2 6 3

4 Réponse spectrale 1 2 Légende 1 Herbe 2 Limon Sable sec 4 Vieille neige 5 Sapin 6 Asphalte humide 7 Eau 25/02/2011 Cours 2 7 Pan-sharpenning ou colorisation V R V R B V B V V R V R B V B V Cas des capteurs «moyen format» (single-lens) 1 matrice CCD + 3 filtres Filtres en damier (Bayer) 4 CCD pour un pixel final 25/02/2011 Cours 2 8 4

5 Pan-sharpening 1. low-res RGB 2. hi-res pan 3. hi-res RGB? 25/02/2011 Cours 2 9 Problématique des dévers 5

6 Effet de la perspective centrale Photographie avec perspective centrale Ligne de vol avec photos se recouvrant Séquence spatiale et temporelle 6

7 Cas typique Leica RC30 Objectif 15/4 UAG-S Focale = 153 mm Angle transversal & longitudinal: l 37 Angle diagonal: 47 Angle «utile» max: 44 A la verticale du centre de projection 7

8 Dévers dans une direction Dévers dans une direction 8

9 Dévers dans les deux directions Cas typique de la forêt 9

10 Combinaison dévers + ombre Conséquence globale Question: Pourquoi le haut de l image parait clair, et le bas sombre? 10

11 Attention: le dévers n est pas qu un défaut! O 1 O2 Focale, dévers et zone masquée c k = 305 mm c k = 88 mm 11

12 Principe de la mesure de Z Base: une paire d images orientées (X, Y, Z, ω, φ, κ) Z = f(parallaxe x) Principe de la vision stéréo Image gauche Image droite Écran polarisant Lunettes polarisantes 12

13 Séquence de mesure d une hauteur Haut: Bas: Hauteur [m] Séquence de mesure d un bâtiment 13

14 Solution: True Ortho (ortho intégrale) Complexité de la True Ortho (ortho intégrale) 14

15 Séquence des processus de traitement Flux «film» (RC30) Film Traitement du film en chambre noire n&b couleur restituteur analytique MNT n&b couleur FCIR Films utilisés en alternance Flux numérique (ADS40) FCIR scanner (DSW700) serveur de fichiers Orthophotos Cartographie Visualisation SIG Mémoire de masse Prétraitement au sol station de travail Analyse d image Classification Tous les canaux simultanément plotter n&b couleur FCIR Catalogage des images numériques La source : Photos argentiques numérisées Images numériques issues de caméras CCD à matrices ou à barrettes Images spatiales à haute et très haute résolution La largeur de champ : Images à champ large Images à champ étroit La géométrie : Conique Cylindro-conique 15

16 Images numériques par caméras aéroportées Différencier capteurs à matrice(s) et à barrettes Différencier petit, moyen et grand format petit format: < 16 Mpix moyen format: > 16 Mpix, < 64 Mpix, matrice unique grand format: > 64 Mpix, matrices multiples (multi-lens) Différencier les capteurs et les systèmes Différencier les prototypes et les séries Exemple de photo numérique (Applanix DSS) 4092 x 4079 pixels 1 pixel = 9 μm (plan focal: 36 x 36 mm) pas de marques fiduciaires 16

17 UltraCam (D, X, Xp) Cas de Genève: vol d août 2005 Microsoft Vexcel UltraCamD 8 capteurs matriciels 4 x pan + R V B PIR image native : 2400 x 3680 pix. image finale : 7500 x pix. ratio: 3.1 lin. / 9.8 surf. GSD: 16 cm (50 cm) / pixel: 9 μm dynamique (radiométrie): 10 bits sauvegardé en 8 bits/canal hauteur de vol: 1800 m s/sol base : 480 m B/H : 0.27 recouvrement : 60% / 60% 17

18 Cas de Genève: vol de juin 2009 Microsoft Vexcel UltraCamXp 8 capteurs matriciels 4 x pan + R V B PIR image native : 4000 x 6000 pix. image finale : x pix. ratio: 2.9 lin. / 8.2 surf. GSD: 9 cm (26 cm) / pixel: 6 μm dynamique (radiométrie): >12 bits sauvegardé en 16 bits/canal hauteur de vol: 1500 m s/sol base : 200 m B/H : 0.14 recouvrement : 82% / 72% Concept de l UltraCam (D, X ou Xp) Une image panchro = 9 matrices CCD / 4 objectifs D: Mpix 86 Mpix (@ 9 μm 67.5 x mm) Xp: 9 24 Mpix 196 Mpix (@ 6 μm 67.5 x mm) idéal: 9 6 μm = 216 Mpix (72 x 108 mm) perte due à l assemblage des images: 5% lin. / 10% surf. 18

19 Pan-sharpenning ou colorisation V R V R B V B V V R V R B V B V Cas des capteurs «petit» ou «moyen format» (single-lens) 1 matrice CCD + 3 filtres Filtres en damier (Bayer) 4 CCD pour un pixel final Pan-sharpening 1. basse-rés. RVB 2. haute-rés. pan 3. haute-rés. RVB 19

20 Vol août 2005: 31 axes, 1128 images utiles Vol juin 2009: 47 axes, 5323 images utiles 20

21 Distance entre images: 200 m, entre axes: 450 m Chaque m 2 est visible sur 15 images! 21

22 Importance de la focale Cas de l UltraCam l = 68 mm, d = 104 mm c k = 100 mm Ω l = 38 Ω d = 55 idéal pour de l ortho urbaine pas idéal pour de la restitution 3D Argentique: Ω 15 = 74 Ω 30 = 41 α l = 71 α d = 62 Géométrie pour la restitution Rapport base sur hauteur : 180 / 1500 = 0.12 (cible: 0.6) imprécision de un pixel (9 cm) en plani 75 cm en alti Utiliser les images de deux axes voisins B = 435 m B/H = 0.29, c est mieux Utiliser une image sur cinq d un même axe B = 720 m B/H = 0.48, bien meilleur imprécision de un pixel (9 cm) en plani 19 cm en alti 22

23 Partie de l image effectivement utilisée Pour l orthomosaïque, on utilise la partie centrale de l image 0 dévers ~10 Pour la restitution 3D, on utilise la partie périphérique de l image angle incidence 15.5 angle d intersection 31 Dévers [ ] On peut raisonnablement se demander pourquoi les fabricants s évertuent à produire des capteurs rectangulaires Vol 2009: prévisions (avec UltraCamX) Entre le 15 mai et le 15 juin (2005: 8 et 9 août) GSD: 9.4 cm (au lieu de 10 cm, en raison du LiDAR) H AGL = 1300 m (2005: 1800 m) Etendue d une image: 1360 x 890 m (2005: 1840 x 1200 m) Le capteur a progressé de 25%, les exigences de 60%! Recouvrements: longitudinal = 80%, latéral = 70% Base: 180 m, distance entre axes: 410 m (2005: 480 et 740 m) Nombre d axes: 52 (2005: 31) Nombre d images: ~ 5500 (2005: 1128) Surface utile par image: 7.3 ha ou 6% (2005: 35.5 ha ou 16%) 23

24 Vol 2009: exécution (avec UltraCamXp) 3, 4 et 13 juin (2005: 8 et 9 août) GSD: 9 cm H AGL = 1500 m (2005: 1800 m) Etendue d une image: 1550 x 1015 m (2005: 1840 x 1200 m) Le capteur a progressé de 50%, les exigences de 60%! Recouvrements: longitudinal = 82%, latéral = 72% Base: 180 m, distance entre axes: 435 m (2005: 480 et 740 m) Nombre d axes: 47 (2005: 31) Nombre d images: 5323 (2005: 1128) Surface utile par image: 7.8 ha ou 5% (2005: 35.5 ha ou 16%) Au final (1/4)? La surface couverte par une image est inférieure

25 Au final (2/4)? La résolution est meilleure Au final (3/4)? La radiométrie est très différente

26 Au final (4/4)? Le niveau de détail est meilleur Planification d un chantier photogrammétrique 26

27 Déroulement chronologique ( 6.5, p. 58) 25/02/2011 Cours 6 53 Caractéristiques du chantier Timing période de l année et heure à laquelle le vol aura lieu Aspect matériel type de caméra type de film (radiométrie) type d objectif (géométrie) Echelle échelle de restitution (ou «échelle de la carte») échelle de l image GSD Topographie direction (et éventuellement sens) des axes de vol altitude moyenne, minimum et maximum du terrain 25/02/2011 Cours

28 Autres caractéristiques du chantier Photogrammétrie recouvrement longitudinal recouvrement latéral facteurs de sécurité vitesse de l avion Dimensions de la surface à traiter coordonnées, longueur, largeur, etc. 25/02/2011 Cours 6 55 Processus «idéal» pour le plan de vol 25/02/2011 Cours

29 Point de départ: la carte 25/02/2011 Cours 6 57 Analogique grand format RC30 25/02/2011 Cours

30 Analogique grand format RC30 Superposition 30

31 Détermination de l échelle de vol Analogique: graphique p. 121 m k = 1:500 m b = 1:5 000 Numérique: échelle pas relevante! m k = 1:500, 1 mm sur l image = 0.5 m sur le terrain résolution de l œil humain 10 pixels par mm (= 254 dpi) 10 pixels de l image = 0.5 m sur le terrain GSD = 0.05 m équivalent m b = / 0.05= 1: pixels par mm (= 200dpi) équivalent m b = 1:7 000 Numérique moyen format DSS 31

32 Numérique moyen format DSS 32