Photos et Vidéos aériennes
par DRONE

La Photogrammétrie Numérique Aérienne par Drone

La photogrammétrie numérique est une technique qui consiste à créer un modèle numérique tridimensionnel d’une scène obtenu à partir de plusieurs photographies de cette scène suivant des points de vue différents grâce à l’effet de parallaxe.
La vision binoculaire humaine engendre un effet de parallaxe qui permet d’obtenir une vue stéréoscopique et ainsi de percevoir la profondeur et d’appréhender précisément les distances.
La technique utilisée pour la photogrammétrie est basée sur ce modèle. Elle a été mise en application pour la première fois en 1849 par Aimé Laussedat, officier de l’armée française, sur la façade de l’Hôtel des Invalides.
Mais, c’est grâce au développement de l’aviation, pendant l’entre-deux-guerres, que la photographie aérienne est devenue indispensable pour la réalisation des cartes terrestres.
C’est après la Deuxième Guerre mondiale que la photogrammétrie aérienne est réellement exploitée en cartographie pour relever le relief à l’aide des clichés pris par avion.
La mise en orbite de satellites équipés d’appareils photo de plus en plus précis ainsi que l’arrivée de l’imagerie numérique et l’utilisation d’ordinateurs de plus en plus puissants pour traiter toutes ces données ont permis la généralisation de la photogrammétrie aérienne pour modéliser de plus en plus précisément la surface terrestre en relief.
Le développement des drones et la miniaturisation des caméras embarquées de plus en plus précises permettent aujourd’hui de réaliser des prises de vues à très basse altitude, en très haute résolution et pour un coût bien plus faible.
De plus, les capacités de calculs des micro-ordinateurs actuels ont permis le développement de logiciels de photogrammétrie accessibles et conviviaux. Grâce aux drones, la modélisation en 3D d’immeubles, d’ouvrages ou de terrains est devenue possible avec une précision de l’ordre du centimètre voir moins.
Il est ainsi possible de relevé en 3D n’importe quelle scène pour la traiter ensuite sur ordinateur, à l’échelle dans les 3 axes X, Y et Z, et géoréférencé pour des finalités très diverses telles que la topographie, le cadastre, les travaux publics, l’aménagement paysagé, l’urbanisme, le suivi d’exploitation de carrières, la simulation de zones inondables, le contrôle d’évolution géologique par comparaisons temporelles, l’architecture, la gestion de sites archéologiques, l’agriculture, les scènes d’accidents routiers ou ferroviaires, la réalisation d’un environnement virtuel 3D réaliste pour les jeux vidéos...
En effet, cette représentation numérique fidèle et précise d’une scène dans l’espace suivant un référentiel isométrique sur 3 axes permet de relever n’importe quelle mesure sur l’écran de l’ordinateur, d’effectuer un calcul de cubatures ou d’évaluer des volumes de déblais ou remblais. Cette représentation 3D est géoréférencée, elle peut donc être superposée à une cartographie existante afin de l’utiliser dans tout type de simulation. Pour une visualisation réaliste, il est possible de réaliser un placage de textures d’après les différents clichés.
La photogrammétrie numérique est en réalité une succession de processus techniques complexes :
La première étape est la collecte des clichés sous des points de vue différents. Il est nécessaire de respecter un minimum de recouvrement d’une photo à l’autre, de l’ordre de 60 à 70 %.
Cette tâche est réalisée à l’aide de logiciels de planification de vol automatique qui contrôlent le déplacement du drone et la séquence de prises de vues.
Les photos sont ensuite importées dans un logiciel de photogrammétrie tel que Agisoft PhotoScan, Pix4D, DroneDeploy, etc... soit sur un PC local, soit sur un serveur distant qui se chargera du traitement avant de retourner le résultat.
Les clichés sont ensuite corrigés des déformations optiques des objectifs et capteurs.
L’étape suivante est le calcul de corrélations entre les différents clichés. Ce processus de calculs très complexes s’appelle l’aérotriangulation. Le logiciel de photogrammétrie crée ensuite un nuage de points plus ou moins dense suivant le paramétrage. Chaque point représente les coordonnées tridimensionnelles d’une entité communes à plusieurs clichés que le logiciel a détectés et dont il a calculé sa position spatiale. Plus le nuage de point est dense, plus le résultat sera précis, mais plus les temps de calcul seront longs.
Il est possible de positionner manuellement, sur différentes photographies, des points remarquables ou de calage au sol (GCP pour Ground Control Point en anglais) pour lesquels les coordonnées GPS seront connues précisément, y compris l’altitude. Ainsi le nuage de points pourra être calé au plus juste sur les coordonnées géodésiques réelles et éviter les déformations dues aux imprécisions.
On utilise des cibles codées que l’on positionne dans la scène réelle, aux points de contrôle, pour permettre au logiciel de les identifier et de les localiser sur les clichés de façon automatique à partir d’un listing de ces points géoréférencés.
À partir de ce nuage de points, le logiciel est capable de créer un maillage constitué de polygones qui relient les points du nuage et ainsi créer une surface en relief fidèle à la réalité.
Ainsi, on obtient une modélisation numérique du terrain en 3D (MNT ou DEM en anglais) avec courbes de niveau si nécessaires.
À ce stade, le logiciel peut plaquer sur les polygones les textures capturées sur les clichés et ainsi obtenir un rendu 3D réaliste.
Toujours à partir du nuage de points, le logiciel peut alors corriger correctement la mosaïque de photos pour créer un orthoplan géoréférencé pouvant être superposé à une carte ou un plan SIG (Système d’information géographique).
Le résultat d’un processus photogrammétrique peut être exporté vers un autre logiciel pour un traitement spécifique, une simulation ou pour créer un environnement virtuel en 3D.

Thierry LECONTE, 51 route de la Croix aux Mines, 88230 Fraize
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