Qu'est-ce que la photogrammétrie ? Comment des photos deviennent cartes et modèles 3D

La photogrammétrie est la science de la mesure à partir de photographies. Photographiez un site depuis de nombreuses positions avec un recouvrement suffisant, et un logiciel peut déterminer où se trouvait chaque caméra et où se situe en trois dimensions chaque point visible. La photogrammétrie par drone applique ce principe à la cartographie : quelques centaines de photos deviennent une orthomosaïque, un modèle d'élévation, un nuage de points et un modèle 3D texturé.

Le principe

Levez un doigt et regardez-le d'un œil, puis de l'autre : il semble sauter devant le fond. L'ampleur de ce saut vous dit à quelle distance il se trouve. La photogrammétrie fait la même chose avec des caméras. Un point visible sur deux photos prises de positions différentes peut être triangulé, et un point visible sur de nombreuses photos est triangulé de nombreuses fois : c'est ce qui rend le résultat mesurable et non approximatif.

Deux choses doivent être résolues ensemble : d'où chaque photo a été prise et comment son objectif déforme l'image, et où se trouve chaque point du terrain. Aucune n'étant connue au départ, le logiciel résout les deux à la fois ; le procédé s'appelle structure from motion, suivi d'un ajustement de faisceaux.

Comment fonctionne la photogrammétrie, étape par étape

Le logiciel repère des points caractéristiques dans chaque photo, apparie ces mêmes points entre les photos qui se recouvrent et utilise les correspondances pour résoudre les positions des caméras, l'objectif et un premier ensemble épars de points 3D. Il estime ensuite une profondeur pour presque chaque pixel par rapport aux photos voisines et fusionne les estimations en un nuage de points dense. Du nuage on tire un maillage de surface et un raster d'élévation, et projeter les photos sur cette surface donne l'orthomosaïque.

Les étapes d'une chaîne de photogrammétrie, ce que chacune produit et l'étape correspondante dans Stream Capture
ÉtapeCe qui se passeCe qui en sortÉtape dans Stream Capture
Lire les photosMétadonnées, positions et données caméra sont lues ; les photos défectueuses sont signaléesGroupes de caméras, couvertureDonnées
Apparier et résoudreLes mêmes points sont retrouvés d'une photo à l'autre ; positions des caméras et objectif sont résolusPoses des caméras, nuage épars, erreur de reprojectionAligner
DensifierLa profondeur est estimée pour presque chaque pixel puis fusionnéeNuage de points denseNuage dense
Construire les surfacesLe nuage devient un maillage et un raster d'élévationModèle 3D, MNS, MNTMaillage + texture, MNS, MNT
OrthorectifierChaque photo est projetée sur la surface et fusionnéeOrthomosaïqueOrthophoto

Ce qu'il faut pour un bon résultat

Le recouvrement avant tout : chaque point du terrain doit apparaître sur plusieurs photos prises de positions différentes. Il faut au moins trois photos qui se recouvrent pour commencer, et une vraie carte en demande bien davantage. Des photos nettes, bien exposées et avec une texture visible comptent aussi, car le logiciel apparie de la texture.

Pour placer le résultat dans un vrai système de coordonnées et à la bonne échelle, il faut aussi des positions : celles d'un drone RTK ou PPK, de points d'appui mesurés sur le site, ou des deux. Sans elles, le modèle est cohérent en lui-même mais flotte dans l'espace.

À quoi sert la photogrammétrie

Cartes topographiques et modèles d'élévation, cubatures de stocks et de terrassements, changements entre deux vols, documentation de chantier et modèles 3D d'ouvrages et de terrain. Les mines et carrières, la construction, la topographie, l'agriculture et l'archéologie l'utilisent. Les livrables sont des fichiers standard : rasters GeoTIFF, nuages de points LAS ou LAZ, courbes de niveau DXF et modèles OBJ ou GLB.

Ce qu'elle ne peut pas faire

Elle ne voit que la surface que les caméras ont vue : elle ne peut pas voir le sol sous un couvert végétal dense, et les modèles de sol nu sous la végétation sont des estimations. Elle peine sur les surfaces sans texture, comme l'eau calme ou la neige fraîche, et sur ce qui bouge entre deux photos. Et elle ne mesure rien en absolu sans appui : l'échelle et la position viennent de positions connues, pas des photos seules.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la photogrammétrie, simplement ?

Mesurer à partir de photographies. Des photos qui se recouvrent, prises de positions différentes, sont appariées, et le logiciel triangule où se trouvait chaque caméra et où se situe en 3D chaque point visible.

Comment fonctionne un logiciel de photogrammétrie ?

Il apparie les mêmes points entre des photos qui se recouvrent, résout les positions des caméras et l'objectif, estime la profondeur de presque chaque pixel et la fusionne en un nuage de points dense, puis construit à partir du nuage des surfaces, un modèle d'élévation et une orthomosaïque.

Qu'est-ce que la photogrammétrie par drone ?

La photogrammétrie avec des photos prises depuis un drone, en général lors d'un vol en grille au-dessus d'un site, pour produire cartes, modèles d'élévation, nuages de points et modèles 3D.

Combien de photos faut-il pour la photogrammétrie ?

Au moins trois photos qui se recouvrent pour commencer ; la carte d'un vrai site en demande beaucoup plus. Raisonnez en couverture : chaque point doit apparaître sur plusieurs photos.

La photogrammétrie est-elle précise ?

Elle peut l'être beaucoup, mais la précision dépend de la caméra, du recouvrement, du positionnement et de l'appui, et elle se mesure sur des points de contrôle indépendants. L'altitude est en général moins bonne que la position planimétrique.

Quelle différence entre photogrammétrie et LiDAR ?

La photogrammétrie tire la 3D de photographies et ne voit que les surfaces visibles ; le LiDAR mesure avec sa propre lumière laser et peut revenir à travers les trouées de la végétation. Pour un terrain dégagé et des ouvrages, la photogrammétrie suffit souvent.

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