Archives de catégorie Photogrammétrie

La photogrammétrie – De la photo avant tout !

Nous proposons ici une série de 4 articles de vulgarisation concernant les paramètres ajustables sur les appareils photos dans le but d’optimiser la qualité des photographies prises pour un usage photogrammétrique notamment pour l’application ContextCapture de Bentley Systems.

Lors d’une prise de vue, le photographe peut ajuster 4 paramètres principaux pour composer et contrôler l’exposition de son image :

La focale
L'ouverture
La vitesse d'obturation
La sensibilité

En fonction des réglages, il est possible de figer une action rapide, d’isoler un sujet (arrière-plan flou), de photographier un paysage avec une grande zone de netteté en pleine journée ou de nuit (pose longue). Tous ces réglages ne vont pas nécessairement convenir à un résultat de qualité pour une utilisation en photogrammétrie.

Créer une grille cotée sur un maillage phototexturé

Créer une grille de points sur un maillage phototexturé issu de ContextCapture

Nous analyserons ici les étapes à suivre pour créer une grille de points sur un maillage phototexturé. Ce dernier est issu d’une modélisation photogrammétrique réalisée à l’aide de ContextCapture.

Comment faire ?

La première étape consistera à créer un contour qui nous servira de délimitation. Nous allons ensuite mesurer la longueur et la largeur de ce contour suivant l’orientation générale du maillage phototexturé.

Nous placerons ensuite une cellule assez simple (une petit croix). Veillez à ce que cette cellule soit placée à une altitude aisément identifiable : 700m dans mon exemple. Utiliser pour cela la commande de spécification du Z actif : AZ=700, ainsi le verrou d’accrochage au plan SCA.

Nous utiliserons ensuite l’outil de copie en tableau et nous spécifierons l’inclinaison générale de notre grille, le nombre de colonnes et de rangées, l’espacement entre les colonnes et les rangées. Nous obtiendrons une grille rectangulaire. En comparaison avec le contour défini précédemment, des points sont à l’intérieur, d’autre à l’extérieur.

Nous allons maintenant utiliser la fonction de clôture afin de retirer les points se trouvant hors du contour et qui ne nous intéressent pas et supprimons l’élément ayant servi de contour.

Sélectionnons maintenant l’ensemble des points. A l’aide de l’outil “Drape éléments” du groupe d’outils “Reality Modeling” déplaçons les éléments verticalement jusqu’au contact avec le maillage phototexturé.

Il ne nous reste plus qu’à écrire une toute petite macro pour générer les textes représentant l’altitude de chacun de points. Attention que dans cette macro les textes sont créés avec les paramètres actifs (taille, police,…)

Code de la macro

Sub Altitudes()
   Dim ee As ElementEnumerator
   Dim sc As New ElementScanCriteria

   sc.ExcludeAllTypes
   sc.IncludeType msdElementTypeCellHeader  (1)

   Set ee = Application.ActiveModelReference.Scan(sc)   (2)

   Do While ee.MoveNext
      Dim elTxt As TextElement

      If ee.Current.AsCellElement.Origin.Z <> 700 Then  (3)
         Set elTxt = CreateTextElement1(Nothing, _
                                        Str(Format(ee.Current.AsCellElement.Origin.Z, ".00")), _
                                        ee.Current.AsCellElement.Origin, _
                                        Matrix3dIdentity)  (4)
         Application.ActiveModelReference.AddElement elTxt
      End If
   Loop

End Sub
Explication du code

La ligne de code notée (1) permet de n’analyser que les éléments de type cellule. Ceci permet de ne pas devoir réaliser un filtrage ultérieur.

La ligne notée (2) exécute le scan, l’analyse des éléments du fichier en respectant les critères énoncés en (1).

Entre le “Do” et le “Loop“, l’ensemble des instructions est exécuté pour chacun des éléments satisfaisant aux critères.

La ligne notée (3) vérifie qu’il ne s’agit pas des points initiaux. Dans mon exemple je les ai conservé, ce n’est pas obligatoire.

La ligne notée (4) et la suivante crée un élément de type “texte” et l’ajoute aux éléments du modèle actif du fichier de dessin.

Présentation en vidéo

Pour faciliter la compréhension de la technique, vous pouvez visionner la vidéo suivante :

 

Géoréférencement de données dans MicroStation

Qu’est-ce que le géoréférencement ?

Le géoréférencement d’un élément graphique (ligne, texte, point,…) fait correspondre à chaque point de ce dernier un couple de coordonnées géographiques (en degrés, en mètres…). Ce processus permet d’afficher l’image dans un contexte spatial. Les avantages sont une juxtaposition avec les autres couches de données occupant le même espace géographique. Il est possible alors de mesurer des coordonnées, distances et surfaces réelles.

Chaque pays possède son ou ses systèmes de géoréférencement. Ce sont les systèmes de coordonnées géographiques.

Plusieurs peuvent exister soit :

  • pour couvrir des zones de territoires différentes
  • parce les paramètres régissant le système de coordonnées géographiques ont été révisés.

Exemples

En Belgique nous avons principalement les systèmes Lambert 1972, 2005 et 2008 pour ce qui concerne des systèmes de coordonnées projetés (coordonnées X, Y) ainsi que des systèmes en coordonnées géographiques (latitude, longitude). Compte tenu de la taille du territoire, chacun de ses systèmes en couvre la totalité.

En France métropolitaine par contre, en plus de variantes apparaissant au fil du temps, des systèmes de coordonnées projetés existent sur des portions du territoires : de Lambert 1 au nord à Lambert 4 au sud. Plus récemment sont apparus des systèmes globaux tels que le Lambert 93 qui couvre l’ensemble du territoire métropolitain.

Comment faire cohabiter divers
systèmes de coordonnées ?

Les systèmes de coordonnées géographiques (sphériques) définissent un lieu par des coordonnées de latitude et de longitude. Dans un système donné on pourrait donc désigner tout point du globe. C’est pour cette raison que le système GPS est basé sur un système de coordonnées géographiques : le WGS 84.

Les systèmes de coordonnées projetés (rectangulaires ou cartésien) sont toujours relatifs à un système de coordonnées géographiques. Ils sont plus faciles à appréhender car ils expriment la position d’un point en unité de longueur (métrique). Il est donc très facile d’évaluer la distance entre deux points connus. On travaille ici généralement avec de fausses coordonnées définies par systèmes. Dans un système “A” on peut imaginer que les coordonnées ont des grandeurs en X basées sur 200.000 et en Y sur 500.000 et que dans un système “B” les grandeurs sont basées en X sur 1.000.000 et en Y sur 2.000.000. De cette manière il est très facile de reconnaître à quel système appartiennent des coordonnées mais surtout de détecter les erreurs.

On comprendra aisément que dans un plan établi dans un système de coordonnées il soit rigoureusement interdit d’utiliser des coordonnées définies dans un autre système de coordonnées. Il est donc impératif de réaliser un calcul permettant de transformer la position d’un point connu dans le système “A” vers sa position dans le système “B” : cette opération s’appelle la “reprojection“.

Et dans Microstation comment cela se passe-t-il ?

Comme souvent chez Bentley des opérations complexes se font de manière très simple ! Dans Microstation il suffit d’indiquer au fichier principal que les données qu’il contient sont définies dans un système (“A” par exemple). Les fichiers que l’on mettra en référence (en XRef pour les Autocadien.ne.s) pourront également avoir leur propre système de coordonnées. Lors de la mise en référence, il suffira d’indiquer à Microstation qu’il doit “reprojeter” les coordonnées de tous les éléments de la référence dans le système de coordonnées du fichier maître.

Cette opération se fait à la volée et chaque point est transformé individuellement sans altérer les coordonnées de la source. Propre et efficace !

Illustration

Dans la vidéo ci-dessous nous allons illustrer comment définir le système de coordonnées d’un fichier. En seconde intention, nous attacherons en référence, en XRef, un fichier au format SHP (ESRI shapefile). Ce type de fichier permet l’échange de données géographiques. Il inclut donc nativement la définition du système de coordonnées utilisé par les éléments qu’il contient. Pour terminer, nous utiliserons une source de données distante (serveur WMS) afin de faire apparaître un fond de carte composé d’orthophotographies. Ce dernier est proposé pour partie librement sous forme d’un géoportail par le Service Public de Wallonie (Belgique). Il existe des services similaires proposés par divers organismes à travers le monde.

L’ouverture

Cet article sur l’ouverture fait partie d’une série de 4 articles de vulgarisation concernant les paramètres ajustables sur les appareils photos dans le but d’optimiser la qualité des photographies prises pour un usage photogrammétrique notamment pour l’application ContextCapture de Bentley Systems.

Lors d’une prise de vue, le photographe peut ajuster 4 paramètres principaux pour composer et contrôler l’exposition de son image :

L’ouverture

L’objectif est constitué d’un diaphragme : il s’agit en gros d’une bague mécanique dont le diamètre varie pour laisser entrer + ou – la lumière.

Quand on parle d’ouverture, on parle donc de l’ouverture du diaphragme. L’ouverture maximale d’un objectif est déterminée par le diamètre de la lentille frontale et par la focale selon la formule Ouverture = focale / diamètre lentille frontale.

Ainsi un objectif Canon de 200 mm avec un diamètre de 72 mm a une ouverture de 200/72 = 2,77, et l’objectif Canon 200mm L a effectivement une ouverture de f/2.8. Ceci explique que sur la plupart des objectifs à focale variable l’ouverture est flottante : un Canon 70-300 f/4.5-5.6 a ainsi une ouverture de f/4.5 à 70mm et une ouverture de f/5.6 à 300mm.

Les objectifs haut de gamme à focales variables proposent une ouverture constante quelle que soit la focale utilisée (en fermant le diaphragme en position grand-angle). Exemple sur un Canon 70-200 f/2.8 : le diamètre de la lentille frontale est de 77 mm, ce qui donnerait une ouverture maximale théorique de 200/77 = 2.59 à 200 mm et de 70/77=0.90 à 70 mm. Pour obtenir une ouverture constante de f/2.8, le constructeur n’utilise que 25 mm (70/2.8) du diamètre de la lentille frontale à la focale 70mm, 48 mm de diamètre (135/2.8) à la focale 135mm, etc. Une technologie complexe et coûteuse, mais qui offre au photographe une grande souplesse d’utilisation.

Les valeurs normalisées d’ouverture sont :

  • f/1.2
  • f/1.4
  • f/1.8
  • f/2
  • f2.8
  • f/3.5
  • f/4
  • f/4.5
  • f5.6
  • f/6.3
  • f/8
  • f/9
  • f/11
  • f/13
  • f/16
  • f/18
  • f/20
  • f/22

A retenir

Le choix de l’ouverture a une incidence directe sur la profondeur de champ. On choisit donc son ouverture en fonction de la zone de netteté que l’on souhaite obtenir, et en fonction de la luminosité de la scène à photographier.

Si une grande zone de netteté est indispensable, mais qu’il y a peu de lumière (nuit), la seule solution est de fixer votre matériel sur un trépied et d’utiliser la pause longue (l’obturateur reste ouvert plusieurs secondes).

Et pour ContextCapture ?

Une petite ouverture évitera le flou en arrière-plan. D’une manière générale, tout flou, quel que soit son origine, est à éviter pour les traitements photogrammétriques.

La sensibilité du capteur

La focale

Cet article sur la sensibilité du capteur fait partie d’une série de 4 articles de vulgarisation concernant les paramètres ajustables sur les appareils photos dans le but d’optimiser la qualité des photographies prises pour un usage photogrammétrique notamment pour l’application ContextCapture de Bentley Systems.

Lors d’une prise de vue, le photographe peut ajuster 4 paramètres principaux pour composer et contrôler l’exposition de son image :

La sensibilité du capteur

C’est la capacité du boitier à être sensible à la lumière. Une montée en ISO importante (3200 ou 6400) et performante permet de photographier en intérieur sans flash. En photographie sportive ou animalière, c’est un critère primordial.

La mesure de sensibilité ISO est identique à la mesure ASA dont elle découle.

Entre chaque sensibilité ISO, il y a un facteur multiplicateur qui est en général double. Les valeurs courantes sont : 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 12800.

Cependant la plupart des boitiers proposent des valeurs intermédiaires : 320, 640, 1250, 2000, 2500, 4000, 5000, 8000.

Pour comprendre le fonctionnement de la sensibilité ISO, il faut savoir que le capteur de votre reflex à une sensibilité de base : 100 (Canon) ou 200 ISO (Nikon). Lorsque l’on souhaite augmenter la sensibilité ISO dans les réglages du boitier pour compenser un manque de lumière, le signal de base de 100 ou 200 ISO est amplifié par un circuit électronique (10 fois pour obtenir 1000 ISO par exemple). C’est pour cette raison qu’il y une apparition de bruit électronique ou de grain lorsqu’on utilise des sensibilités importantes (plus de 3200 ISO).

A retenir

Le choix de la sensibilité ISO est un compromis : ai-je besoin de vitesse ? D’une petite ouverture pour obtenir une zone de netteté importante ?

En fonction du sujet à photographier, on adapte chaque paramètre : l’idéal étant d’utiliser la sensibilité ISO la plus faible possible pour obtenir une meilleure qualité d’image.

Il faudra prendre garde au mode “auto” qui sélectionne pour vous de manière automatique la sensibilité : dans cette configuration vous risquez de prendre des photos avec une sensibilité trop élevée qui engendrerait un phénomène de bruit sur vos photos et donc une piètre qualité ce qui nuirait gravement au résultat de modélisation photogrammétrique.

Et pour ContextCapture ?

Une sensibilité au-delà de 400 est déconseillée, un grain sera visible lorsque l’on zoomera. Il faut garder à l’esprit que le logiciel réalise son analyse au niveau du pixel !

La vitesse d’obturation

La vitesse d'obturation

Cet article sur la vitesse d’obturation fait partie d’une série de 4 articles de vulgarisation concernant les paramètres ajustables sur les appareils photos dans le but d’optimiser la qualité des photographies prises pour un usage photogrammétrique notamment pour l’application ContextCapture de Bentley Systems.

Lors d’une prise de vue, le photographe peut ajuster 4 paramètres principaux pour composer et contrôler l’exposition de son image :

L’obturation – Fonctionnement général

Une chose importante à savoir est que plus la vitesse d’obturation est élevée, moins de lumière le capteur recevra.

Il convient d’expliquer comment l’obturation peut se réaliser. En gros, il faut tout d’abord imaginer une “fenêtre” sur la lentille de l’objectif plus ou moins grande en fonction de l’ouverture de l’objectif. Cette “fenêtre” est également plus ou moins éloignée du capteur : il s’agit de la distance focale. La distance focale influera donc également sur la quantité de lumière reçue par le capteur.

Entre cette fenêtre et le capteur, il y a un dispositif empêchant ou autorisant les rayons passant par l’objectif d’arriver au capteur.

Ce dispositif est soit mécanique de type “volet” (c’est-à-dire un dispositif se déroulant très rapidement devant le capteur), soit électronique. Ce dernier type est bien plus rapide et ne provoque pas les infimes vibrations produites par un dispositif mécanique.

Bien que le dispositif électronique soit plus rapide, il existe encore un petit soucis : la manière dont l’obturation est réalisée.

Celle-ci peut se faire soit :

  • par déroulement (appelé aussi rolling-shutter) : La captation des pixels se fait ligne par ligne. Avec une cellule de 3000×4000 ont aura ainsi 3000 captations successives et donc de ce fait la prise de la photo se déroulera sur une période ayant une certaine durée. Cela ne pose aucun problème si l’appareil ET le sujet sont fixe. Par contre si l’un ou l’autre est en mouvement, cela risque de conduire à un effet désastreux pour une utilisation photogrammétrique. Chaque ligne de la photo ayant été prise à un moment légèrement différent que la précédente, cela entraînera une déformation.
    Rolling shutter Rolling shutter
  • globalement (appelé aussi global-shutter) : La captation de l’ensemble des pixels de fait en même temps. Sans entrer dans les détails, ceci engendre une fabrication plus complexe et donc un coût plus élevé.
    Global Shutter vs Rolling Shutter

On comprendra donc facilement que l’utilisation d’un obturateur de type “Global Shutter” fournira de meilleur résultat en photogrammétrie si l’appareil se déplace lors de la prise de vue : drone ou autre véhicule.

La vitesse d’obturation

Nous y arrivons enfin !

La vitesse d’obturation est le temps durant lequel l’obturateur reste ouvert lors de la prise de vue : c’est-à-dire le temps durant lequel le capteur est exposé à la lumière. Cette vitesse s’exprime en secondes. Plus la vitesse est élevée, moins le capteur est exposé à la lumière.

Comme pour l’ouverture, à chaque cran les durées sont (environ) divisées ou multipliées par 2 :

  • 1/4000
  • 1/2000
  • 1/1000
  • 1/500
  • 1/250
  • 1/125
  • 1/60
  • 1/30
  • 1/15
  • 1/8
  • 1/4
  • 1/2,
  • 1 seconde, etc… jusqu’à 30 secondes généralement.

Si on souhaite conserver une exposition identique, si on baisse d’un cran l’ouverture il faudra également baisser d’un cran la vitesse (donc la réduire).

A retenir

La vitesse d’obturation permet de figer un sujet en mouvement (vitesse supérieure à 1/500) ou de créer un flou de mouvement ce qui d’en notre cas d’utilisation est à éviter.

Sans trépied ni stabilisateur d’image, la vitesse d’obturation doit toujours être égale au minimum à l’inverse de la focale utilisée pour éviter un flou de bougé provoqué par les mouvements du photographe. Exemple : avec un objectif de 200mm, la vitesse minimale à main levée doit être de 1/200.

L’utilisation d’une vitesse lente (une ou plusieurs secondes) avec un trépied permet d’obtenir une grande profondeur de champ sans augmenter la sensibilité ISO.

Et pour ContextCapture ?

Une vitesse d’obturation d’1/800ème de seconde ou plus rapide est un choix intéressant afin d’éviter ce phénomène de flou. Les photographies dans un but photogrammétrique étant généralement réalisées en mouvement il est indispensable de minimiser son effet. Si on a la chance d’avoir un appareil équipé d’un global shutter, il sera possible d’utiliser une vitesse d’obturation supérieure. Il est néanmoins conseiller de ne pas aller au delà de 1/400ème de seconde.

La focale

La focale

Cet article concernant la focale fait partie d’une série de 4 articles de vulgarisation concernant les paramètres ajustables sur les appareils photos dans le but d’optimiser la qualité des photographies prises pour un usage photogrammétrique notamment pour l’application ContextCapture de Bentley Systems.

Lors d’une prise de vue, le photographe peut ajuster 4 paramètres principaux pour composer et contrôler l’exposition de son image :

En fonction des réglages, il est possible de figer une action rapide, d’isoler un sujet (arrière-plan flou), de photographier un paysage avec une grande zone de netteté en pleine journée ou de nuit (pose longue). Tous ces réglages ne vont pas nécessairement convenir à un résultat de qualité pour une utilisation en photogrammétrie.

La focale

Exprimée en millimètres, la longueur focale est la distance entre le capteur (format 24x36mm) du boitier et le centre optique de l’objectif. Cette longueur focale influe sur le grossissement du sujet à photographier et sur l’angle de vision. Plus elle est courte, et plus l’angle de vision est grand. On obtient ainsi un champ de vision très large avec un objectif « grand-angle » de 16 mm. Par ailleurs, un angle de champ très réduit (gros plan) avec un « téléobjectif » de 400 mm.

Il y a deux catégories d’objectifs : les objectifs à focale fixe et les objectifs à focale variable (qu’on appelle « zoom »). Par exemple un objectif Canon 24-105 f/4L a une focale variant de 24 mm (grand angle) à 105 mm (petit téléobjectif), soit un zoom de 4,3 (105mm/24mm). Un zoom est souvent plus pratique à l’usage, notamment lorsqu’il n’est pas possible de se déplacer autour du sujet, toutefois la qualité d’un objectif fixe est en général très supérieure.

La focale d’un objectif est donnée pour un capteur au format 24×36 (reflex argentique ou réflex numérique haut de gamme comme les Canon 1D et 5D, ou les Nikon D3 et D700). Sur la plupart des réflex numériques, la taille du capteur est plus petite qu’un 24×36, l’image finale est donc agrandie par un facteur de crop (recadrage). Ce facteur de crop est de 1.6x chez Canon et 1.5x chez Nikon.

Ainsi sur un boitier APS-C Canon (exemple le 60D ou le 7D), un objectif d’une focale de 200 mm devient 200×1.6, soit 320 mm. Avantage indéniable pour les utilisateurs de longues focales (sports, photos animalières), mais très gros inconvénient pour les amateurs de grands angles : un 14mm devient ainsi un 22mm.

La focale

La focale 28mm (à gauche) a un angle de vision
plus grand que celle de 200mm (à droite)

A retenir

La focale influe sur le grossissement du sujet à photographier et sur l’angle de vision. Plus elle est courte, et plus l’angle de vision est grand. Comme pour l’ouverture, elle a une incidence sur la profondeur de champ.

Et pour ContextCapture ?

Une variation de focale, même minime, au cours d’une même séance de prises de vue conduira ContextCapture à créer plusieurs groupes de photos (photogroup) ce qui peut avoir des conséquences lors du calcul.

La bonne pratique veut que la focale reste fixe durant toute la séance.

Modifier la focale revient à modifier le niveau de zoom. Une maxime présente dans le « Guide d’acquisition de ContextCapture » dit « Zoomez avec vos pieds ! »…à retenir !

Il existe des appareils ou des objectifs à focale fixe.