Fonctionnement de la photogrammétrie par drone
Des photographies aériennes à la reconstruction 3D géoréférencée
Le fonctionnement de la photogrammétrie par drone repose sur des images nettes et recouvrantes. Le logiciel repère alors les mêmes détails sous plusieurs angles pour reconstruire une géométrie 3D. Le RTK facilite le positionnement des images. Enfin, les contrôles au sol servent à vérifier le résultat.
- Recouvrement maîtrisé Trajectoires, GSD et angles adaptés
- Géoréférencement RTK Position des images intégrée au calcul
- Contrôle indépendant Précision vérifiée selon l’usage
Images → points homologues → modèle 3D
Principe de reconstruction photogrammétrique
Fonctionnement de la photogrammétrie par drone : reconstruire en 3D
Le fonctionnement de la photogrammétrie par drone part de photos nettes qui se recouvrent. Le logiciel repère d’abord les points homologues : les mêmes détails dans plusieurs images. Il estime ensuite leur position dans l’espace.
Il calcule aussi la position et l’orientation des caméras. Cette étape, appelée aérotriangulation, fixe ainsi les formes relatives du site. Le logiciel ajoute ensuite des points et place le modèle dans le référentiel.
Traitement photogrammétrique : du vol au nuage de points
Chaque étape prépare ainsi la suivante. Le traitement ne peut toutefois pas corriger tous les défauts des photos.
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01
Préparation
Définir l’acquisition
Pour commencer, nous adaptons la zone, le détail, les trajets, la hauteur et les angles aux formes du site et au résultat attendu.
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02
Prises de vue
Acquérir les photographies
Le drone prend ensuite des photos nettes à intervalles réguliers. Leur recouvrement permet ainsi de voir chaque zone utile plusieurs fois.
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03
Correspondances
Identifier les points homologues
Puis le logiciel cherche les mêmes textures, angles et motifs dans les images pour créer un premier réseau de points de liaison.
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04
Aérotriangulation
Aligner les prises de vue
Le logiciel ajuste alors la position et l’orientation des caméras avec les points vus depuis plusieurs angles.
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05
Reconstruction
Densifier la géométrie
Une analyse plus dense des images crée ensuite de nombreux points 3D. Ils décrivent ainsi les surfaces que la caméra a réellement vues.
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06
Référentiel et qualité
Géoréférencer et contrôler
Enfin, nous plaçons les données dans le système de coordonnées prévu. Nous les vérifions donc avant de créer les orthophotos, les modèles 3D ou les autres fichiers.
Pour les études de terrain, le traitement des données peut se prolonger par un accompagnement topographique. Modèles, profils et plans sont alors préparés à partir des données et des contrôles convenus.
La qualité se prépare dès le plan de vol. Le recouvrement, la netteté, la stabilité et les angles variés guident donc la continuité du modèle.
Bloc suivant : géométrie d’acquisitionGéométrie d’acquisition
Principe de la photogrammétrie : recouvrement, GSD et angles
Pour comprendre le fonctionnement de la photogrammétrie par drone, il faut d’abord examiner les prises de vue. Le plan de vol fixe donc le recouvrement, la finesse au sol et les angles de la caméra selon les surfaces à reconstruire.
Lecture d’un plan de vol photogrammétrique
Couverture continueReconstruction 3D par images : le recouvrement
Chaque partie utile doit donc apparaître sur plusieurs photos. Le logiciel dispose ainsi d’assez de points communs pour relier les vues et reconstruire des formes cohérentes.
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Recouvrement longitudinal Continuité entre deux images successives sur une même trajectoire.
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Recouvrement latéral Liaison entre deux bandes de vol voisines sur la largeur du site.
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Couverture réellement contrôlée Le relief, les obstacles et les zones masquées sont pris en compte dans la préparation.
Niveau de détail
Méthode photogrammétrique par drone : le GSD
La résolution au sol, ou GSD pour Ground Sample Distance, décrit la taille de terrain que représente un pixel. Elle dépend ainsi du capteur, de la focale et de la distance entre la caméra et la surface.
Capteur et focale
Le capteur et la focale fixent ainsi le champ de vision et la place des détails dans l’image.
Distance au sujet
Avec le même matériel, une distance plus faible donne donc en général une image qui couvre moins de terrain et montre plus de détail.
Dimension au sol par pixel
Le GSD aide ensuite à prévoir le vol, le nombre d’images et le volume de données du projet.
Orientation de la caméra
Reconstruction 3D par images : vues nadirales et obliques
Nous choisissons ou combinons ces orientations selon le relief, les façades, les zones cachées et les volumes à montrer. Elles répondent ainsi aux surfaces du projet.
Caméra vers le sol
Prises de vue nadirales
Elles conviennent ainsi aux terrains, aux toitures et aux cartes quand les surfaces utiles sont surtout horizontales.
Caméra inclinée
Prises de vue obliques
Elles complètent donc les vues des façades, des reliefs marqués et des volumes que la seule verticale montre mal.
Cependant, il n’existe pas de réglage unique valable pour toutes les missions. Nous adaptons donc le recouvrement, le GSD et les angles aux formes du site et à l’usage des données.
Bloc suivant : RTK et contrôleGéoréférencement et contrôle
Fonctionnement de la photogrammétrie par drone : RTK et contrôles
En photogrammétrie par drone, le RTK améliore ainsi le positionnement des centres de prise de vue. Des points mesurés au sol peuvent ensuite ajuster le modèle ou vérifier les écarts de façon indépendante, selon le besoin.
Une précision sérieuse ne repose donc jamais sur un seul équipement : elle associe acquisition, référentiel, calcul et vérifications.
Réseau d’acquisition et de contrôle
X · Y · ZMéthode photogrammétrique par drone : mesurer et contrôler
Nous fixons donc la méthode avant le vol pour utiliser et vérifier les mesures dans le bon référentiel.
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01Positionner les prises de vue Le RTK renseigne ainsi les coordonnées du drone à l’instant du déclenchement.
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02Ajuster la reconstruction Les points d’appui peuvent ensuite contraindre le modèle avec des coordonnées connues.
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03Mesurer les écarts Les points de contrôle restent hors calcul et permettent donc une vérification indépendante.
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04Documenter le référentiel Nous précisons enfin le système horizontal, la référence d’altitude et les résultats des contrôles.
Coordonnées RTK des photographies
Le RTK associe une position au centre de prise de vue de chaque image. Ces données facilitent ainsi le calcul des positions des caméras et le calage du projet dans le référentiel.
Le RTK améliore le positionnement, mais ne garantit pas seul la précision du livrable final.Points d’appui au sol
Leurs coordonnées connues servent ainsi à caler ou à ajuster le modèle si la méthode et la précision visée le demandent.
Ils participent au calcul : leurs résidus renseignent l’ajustement, sans constituer à eux seuls un contrôle indépendant.Points de contrôle indépendants
Ces points restent toutefois hors du calcul d’ajustement. Après le traitement, nous comparons donc leurs coordonnées aux positions du modèle pour mesurer les écarts.
Ce sont eux qui apportent la vérification indépendante de la précision absolue du résultat.Comprendre la précision
Reconstruction 3D par images : précision relative et absolue
Ces deux notions décrivent en effet des qualités différentes du modèle. Ses formes peuvent être cohérentes entre elles. Cependant, l’ensemble peut rester décalé par rapport à sa position réelle dans le référentiel attendu.
Cohérence interne
Précision relative
Elle décrit ainsi la justesse des distances et des formes entre les éléments d’un même modèle.
Position dans le référentiel
Précision absolue
Elle mesure en revanche l’écart entre la position d’un élément dans le modèle et sa position connue dans le référentiel.
Configuration FlyHD
DJI Matrice 4 Enterprise RTK
FlyHD utilise surtout le DJI Matrice 4 Enterprise RTK pour ses relevés par photos. Sa caméra principale, son obturateur mécanique et son RTK conviennent ainsi aux prises de vue en mouvement pour la carte.
Consulter les caractéristiques officielles DJILes caractéristiques du système de positionnement décrivent le matériel. Toutefois, elles ne garantissent pas à elles seules la précision de chaque orthophoto, nuage de points ou modèle 3D.
Le référentiel est défini avant l’acquisition. Selon le projet, les données peuvent notamment être rattachées au Lambert-93 et à une référence altimétrique telle que le NGF-IGN69, avec les modalités de contrôle convenues.
Bloc suivant : données et limitesDonnées, usages et limites
Ce que produit réellement la photogrammétrie par drone
Comprendre le fonctionnement de la photogrammétrie par drone aide à choisir les bonnes données : orthophoto, nuage de points ou modèle 3D. Nous ne créons toutefois pas tous ces fichiers à chaque mission. Le choix dépend donc du but, des surfaces visibles, de la méthode et du besoin.
Chaîne de traitement
Traitement photogrammétrique : les données utiles
Le traitement photogrammétrique aligne d’abord les photos et reconstruit ensuite les surfaces visibles. Il crée enfin les données utiles au projet. Chaque fichier sert ainsi à voir, à mesurer, à cartographier ou à modéliser.
Nuage de points initial
Ces points de liaison servent d’abord à calculer l’alignement et la position relative des photos.
Nuage de points dense
Le nuage dense décrit ensuite en 3D les surfaces réellement observées.
Maillage 3D
Des triangles relient alors les points reconstruits pour former une surface continue.
Texture photographique
Les couleurs des photos habillent ainsi le maillage pour montrer l’aspect visible du site.
Orthophoto
Image 2D corrigée des principales déformations et rattachée au terrain pour un usage cartographique.
Modèle numérique de surface
Le modèle de surface décrit aussi les hauteurs du sol et des objets visibles, comme les bâtiments ou les plantes.
Modèle numérique de terrain
Le modèle de terrain décrit en revanche le sol, si celui-ci est assez visible et si le traitement permet de l’isoler.
Conditions de reconstruction
Principe de la photogrammétrie : surfaces et limites
La méthode fonctionne bien sur des surfaces fixes, visibles, assez éclairées et riches en détails distincts. D’autres cas demandent en revanche une méthode adaptée ou une autre technologie.
Conditions favorables
Des détails stables et visibles
- Terrains dégagés, carrières et ouvrages minéraux.
- Maçonneries, toitures et façades suffisamment texturées.
- Sujets fixes observables depuis plusieurs angles.
- Éclairage régulier et photographies nettes.
- Recouvrement continu sans masque important.
Vigilances et limites
Des correspondances plus difficiles
- Surfaces uniformes ne présentant presque aucun détail.
- Verre, matériaux transparents ou fortement réfléchissants.
- Eau et surfaces dont l’aspect change entre les photographies.
- Circulation, objets mobiles ou végétation agitée par le vent.
- Ombres profondes, variations de lumière et zones masquées.
Choix de la méthode
Photogrammétrie et LiDAR : deux mesures complémentaires
Le choix dépend d’abord du sujet, de sa visibilité, des plantes, du détail et des fichiers attendus. Aucune technologie ne convient donc mieux dans tous les cas.
Reconstruction par images
Photogrammétrie par drone
Elle retrouve les formes grâce aux photos qui se recouvrent et conserve leurs couleurs et leurs textures. Elle convient ainsi aux orthophotos et aux modèles 3D texturés.
Mesure laser active
LiDAR par drone
Il mesure directement des distances et produit un nuage de points. Certains retours peuvent ainsi atteindre des niveaux plus bas par les ouvertures du couvert végétal. Toutefois, ils ne traversent pas les feuilles elles-mêmes.
Selon le site, les deux acquisitions peuvent être combinées. Le LiDAR décrit alors les formes mesurées, et les photos ajoutent la couleur et le contexte visuel. Nous devons toutefois contrôler le calage entre ces données.
Comprendre le fonctionnement du LiDARApplications professionnelles
Méthode photogrammétrique par drone : les applications
Cette page explique le fonctionnement de la photogrammétrie par drone. Le résultat attendu détermine ensuite la prestation, le protocole d’acquisition, les contrôles et les formats de livraison.
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Pour préparer la mission, décrivez-nous le site, les surfaces à observer, les contrôles et les livrables attendus. FlyHD étudie ensuite si les photos, le LiDAR ou leur combinaison conviennent le mieux.