Fonctionnement de la photogrammétrie par drone
Des photographies aériennes à la reconstruction 3D géoréférencée
Le fonctionnement de la photogrammétrie par drone repose sur l’analyse d’un grand nombre de photographies prises depuis des positions différentes. En identifiant les mêmes détails sur plusieurs images, les logiciels peuvent calculer la position des prises de vue et reconstruire progressivement la géométrie visible d’un terrain, d’un bâtiment ou d’un ouvrage.
La photogrammétrie n’est pas une prestation finale unique : il s’agit d’une méthode d’acquisition et de reconstruction utilisée dans différentes missions de relevé, de cartographie et de modélisation 3D. Cette page en explique le principe, les principales étapes, les conditions de réussite et les limites. Les applications professionnelles correspondantes sont présentées dans nos prestations de relevé et de modélisation 3D par drone.
Le principe : retrouver la géométrie à partir des images
Pour qu’un élément puisse être reconstruit, il doit apparaître sur plusieurs photographies présentant des angles de vue légèrement différents. Le logiciel recherche des points caractéristiques communs — détails de texture, angles, variations de couleur ou motifs — puis établit des correspondances entre les images.
Le déplacement apparent de ces points d’une photographie à l’autre fournit les informations nécessaires pour estimer leur position dans l’espace. Le logiciel calcule simultanément la position et l’orientation des caméras ainsi que la géométrie relative de la scène.
Cette première reconstruction produit un ensemble de points de liaison et une représentation initiale du site. Une analyse plus dense des images permet ensuite de créer un nuage de points représentant les surfaces visibles.
Du plan de vol à la reconstruction 3D
Une reconstruction photogrammétrique se déroule en plusieurs étapes complémentaires :
- Préparation de l’acquisition : définition de la zone, de la résolution recherchée, des trajectoires, de l’altitude et des angles de prise de vue.
- Acquisition des photographies : réalisation d’images nettes, régulièrement espacées et présentant un recouvrement suffisant.
- Alignement et aérotriangulation : recherche des points homologues et calcul de la position et de l’orientation des prises de vue.
- Reconstruction dense : calcul d’un grand nombre de points tridimensionnels représentant les surfaces observées.
- Géoréférencement et contrôle : rattachement des données à un système de coordonnées et vérification de leur cohérence.
- Création des représentations finales : génération, selon le projet, d’une orthophoto, d’un maillage, d’un modèle numérique ou d’autres données dérivées.
Le traitement se poursuit par le nettoyage, la classification éventuelle et l’export des données. Cette phase est détaillée sur notre page consacrée au traitement et au contrôle des données drone.
Recouvrement, résolution au sol et angles de prise de vue
Le recouvrement des photographies est indispensable : chaque partie du sujet doit être visible sur plusieurs images pour que le logiciel puisse établir suffisamment de correspondances. Un manque de recouvrement peut provoquer des trous, des déformations ou une rupture de la reconstruction.
La résolution au sol, souvent appelée GSD, dépend notamment du capteur, de la focale et de la distance entre la caméra et le sujet. Une altitude plus faible améliore généralement le niveau de détail, mais augmente le nombre d’images, le temps d’acquisition et le volume de données à traiter.
Les photographies nadirales, orientées vers le sol, sont adaptées aux terrains et à la cartographie. Les prises de vue obliques complètent la couverture lorsqu’il faut reconstruire des façades, des reliefs marqués ou des volumes complexes.
Il n’existe donc pas un réglage unique valable pour toutes les missions. Le plan de vol doit être adapté à la géométrie du site, aux masques éventuels et au résultat attendu.
Le rôle du RTK, des points d’appui et des points de contrôle
Le système RTK améliore le positionnement des centres de prise de vue au moment de l’acquisition. Il facilite le géoréférencement du projet et peut réduire le nombre de points d’appui nécessaires, selon la précision recherchée et le protocole retenu.
Il faut néanmoins distinguer plusieurs éléments :
- les coordonnées RTK des photographies, qui renseignent la position du drone lors du déclenchement ;
- les points d’appui au sol, utilisés pour ajuster et contraindre la reconstruction ;
- les points de contrôle indépendants, non utilisés dans le calcul et servant à évaluer les écarts obtenus.
Le RTK ne garantit donc pas, à lui seul, une précision fixe sur le modèle final. Celle-ci dépend également de la résolution des images, de leur netteté, de la géométrie d’acquisition, du relief, de la visibilité du sujet, du système de coordonnées et des contrôles mis en œuvre.
Lorsque le projet le nécessite, les données peuvent être rattachées à un référentiel défini avec le client, par exemple le Lambert-93 et le système altimétrique NGF-IGN69. Le référentiel et les modalités de contrôle doivent être précisés avant l’acquisition.
Les représentations créées au cours du traitement
Le traitement photogrammétrique peut créer plusieurs représentations à partir d’une même acquisition :
- nuage de points initial : points de liaison utilisés pour calculer la position des photographies ;
- nuage de points dense : représentation tridimensionnelle détaillée des surfaces visibles ;
- maillage 3D : surface constituée de triangles reliant les points reconstruits ;
- texture : projection des couleurs des photographies sur le maillage ;
- orthophoto : image 2D corrigée des principales déformations géométriques et rattachée au terrain ;
- modèle numérique de surface : représentation altimétrique incluant les éléments visibles ;
- modèle numérique de terrain : représentation du sol lorsque celui-ci est suffisamment visible et que le traitement permet de l’isoler.
Toutes ces représentations ne sont pas produites systématiquement. Leur création dépend de l’objectif du projet et de la prestation commandée. Cette distinction évite notamment de confondre une orthophoto 2D avec un modèle tridimensionnel.
Surfaces favorables et limites de la photogrammétrie
La photogrammétrie fonctionne particulièrement bien sur des surfaces visibles, fixes, suffisamment éclairées et présentant des textures ou des détails reconnaissables. Les terrains dégagés, maçonneries, toitures, façades texturées, carrières et ouvrages minéraux offrent généralement de nombreux points de correspondance.
Certaines configurations sont en revanche plus difficiles à reconstruire :
- surfaces uniformes ne présentant presque aucun détail ;
- matériaux transparents ou fortement réfléchissants ;
- eau et surfaces dont l’aspect change entre deux photographies ;
- éléments mobiles, circulation ou végétation agitée par le vent ;
- ombres profondes et variations importantes de luminosité ;
- parties masquées ou visibles sur un nombre insuffisant d’images ;
- sol couvert par une végétation dense.
La photogrammétrie reconstruit principalement ce que la caméra peut voir. Elle ne traverse pas la végétation et ne reconstitue pas automatiquement les surfaces masquées. La qualité du résultat dépend donc autant de la préparation et de l’acquisition que du logiciel utilisé.
Photogrammétrie et LiDAR : deux méthodes complémentaires
La photogrammétrie détermine la géométrie à partir de photographies se recouvrant. Elle restitue naturellement les couleurs et les textures visibles, ce qui la rend particulièrement adaptée à la création d’orthophotos et de modèles 3D texturés.
Le LiDAR mesure directement des distances à l’aide d’impulsions laser. Certains retours peuvent atteindre le sol entre les feuilles et les branches, ce qui le rend plus pertinent pour les terrains boisés ou fortement végétalisés. Il produit directement un nuage de points, sans dépendre du repérage de textures sur les photographies.
Le choix ne se résume donc pas à déterminer quelle technologie est la plus précise. Il dépend du sujet, de sa visibilité, de la végétation, du niveau de détail recherché et du résultat final. Selon la configuration, les deux acquisitions peuvent également être utilisées de manière complémentaire.
Pour approfondir cette seconde méthode, consultez notre page consacrée au relevé LiDAR par drone.
Matériel et acquisition photogrammétrique chez FlyHD
FlyHD réalise principalement ses acquisitions photogrammétriques avec le DJI Matrice 4 Enterprise RTK. Sa caméra principale dispose d’un capteur 4/3 de 20 mégapixels et d’un obturateur mécanique, particulièrement adapté aux acquisitions cartographiques réalisées en mouvement.
Les caractéristiques officielles du DJI Matrice 4E indiquent notamment la présence de ce capteur, de l’obturateur mécanique et du positionnement RTK.
Le matériel ne suffit cependant pas à garantir la qualité d’un relevé. L’exposition, la netteté, la vitesse de déplacement, la luminosité, le vent, le recouvrement et la géométrie du plan de vol restent déterminants.
Les modalités de géoréférencement et de contrôle sont ensuite adaptées au projet. Une précision annoncée doit toujours correspondre à un protocole défini et à des vérifications réellement effectuées sur les données produites.
Une méthode intégrée à plusieurs prestations de relevé 3D
La photogrammétrie constitue une méthode de production commune à plusieurs prestations, mais elle ne définit pas à elle seule le besoin du client. Le résultat attendu détermine la prestation, le protocole d’acquisition et les traitements à réaliser.
Selon votre objectif, consultez nos pages dédiées :
- orthophoto et cartographie par drone ;
- levé topographique par drone ;
- cubature et suivi de stock par drone ;
- modélisation 3D, BIM et jumeau numérique.
Les pages consacrées au suivi de chantier, au littoral, aux relevés de toiture ou au patrimoine pourront également présenter leurs usages spécifiques sans répéter l’explication technique développée ici.
Besoin de déterminer si la photogrammétrie convient à votre projet ?
Le choix entre photogrammétrie, LiDAR ou acquisition combinée dépend du site et du résultat recherché. Pour étudier votre besoin, transmettez-nous la localisation, la superficie approximative, la nature du terrain ou de l’ouvrage, les livrables attendus et le niveau de précision nécessaire.
FlyHD pourra ainsi définir une méthode d’acquisition cohérente avec l’usage final des données, sans produire inutilement des fichiers ou traitements qui ne seraient pas exploités.
FAQ – Fonctionnement de la photogrammétrie par drone
Le RTK garantit-il à lui seul une précision centimétrique ?
Non. Le RTK améliore le positionnement des photographies, mais la précision finale dépend également de la résolution au sol, de la netteté des images, de leur recouvrement, de la géométrie du vol, du terrain, du traitement et des contrôles réalisés. Une précision doit être associée à un protocole défini pour le projet.
Quelle est la différence entre un point d’appui et un point de contrôle ?
Un point d’appui est intégré au calcul afin d’ajuster le géoréférencement du modèle. Un point de contrôle reste indépendant du traitement et sert à mesurer les écarts obtenus. Les deux n’ont donc pas la même fonction.
La photogrammétrie permet-elle de relever le sol sous la végétation ?
Elle restitue principalement les surfaces visibles sur les photographies. Une végétation dense masque le sol et limite fortement sa reconstruction. Dans cette situation, un relevé LiDAR par drone est généralement plus adapté.
Quelle est la différence entre un nuage de points, un maillage 3D et une orthophoto ?
Le nuage de points représente la scène par un grand nombre de points tridimensionnels. Le maillage relie ces points pour former une surface 3D pouvant recevoir une texture. L’orthophoto est une image 2D corrigée géométriquement et géoréférencée.