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Vidéographie aérienne légère, principes et mise en &oelig;uvre

1. 51 0170 e 3 41 9018 n 705500 409000 18 34 51 0284 e 3 47 3271 705500 419000 19 34 51 2985 e 3 47 3265 n 706000 419000 20 34 51 2870 e 3 41 9012 n 706000 409000 21 34 51 5571 e 3 41 9006 n 706500 409000 22 34 51 5685 e 3 47 3259 n 706500 419000 23 34 51 8386 e 3 47 3253 707000 419000 24 34 51 8271 e 3 41 9001 n 707000 409000 25 34 52 0971 e 3 41 8995 n 707500 409000 26 34 52 1086 e 3 47 3247 n 707500 419000 Fig 9 plan de vol pour Kakuma 29 Chapitre 4 La prise de vue a rienne le survol Types d avion l ger caract ristiques Tout avion l ger permettant la fixation d une cam ra convient Avec la fixation que nous utilisons actuellement il est n cessaire de retirer une porte pour fixer la cam ra hors de l avion et d avoir une vision libre du sol ailes hautes Les avions CESSNA remplissent ces conditions La fixation utilise les glissi res des si ges et se fixe perpendiculairement l axe longitudinal de l avion en laissant la cam ra d passer hors de l appareil Cette fixation rustique est cens e s adapter sur la plupart des avions disponibles dans les a ro club La simplicit guide notre d marche il faut pouvoir s adapter aux conditions et aux disponibilit s locales en ce qui concerne le vol a rien Nous poursuivons notre d marche dans ce sens en cherchant notamment am liorer la simplicit de la fixation de la cam ra fixation par ventouses
2. lectriques Bandes larges en caoutchouc type chambre air e En option les GPS pour le contr le diff r du survol e Des v tements compatibles avec les conditions m t orologiques d un vol porte ouverte des bouchons d oreille La cam ra pourrait tre aliment e par sa batterie interne mais ces batteries ont une dur e assez faible moins d une heure et elles sont sensibles au froid le froid diminue sensiblement la dur e de charge d une batterie Pour s affranchir des probl mes de dur e d alimentation il nous semble pr f rable d alimenter la cam ra par une batterie 12 V externe offrant une autonomie de plusieurs heures Disposer d un moniteur de contr le pendant le vol est tr s utile pour v rifier que tout se passe bien il est impossible de regarder dans le viseur de la cam ra pendant le vol Pr paration de l avion La porte lat rale doit tre enlev e et remplac e par un d flecteur qui vite une prise au vent de la cam ra et de trop fortes turbulences dans la cabine Cette op ration d pend de l avion elle peut tre tr s simple deux goupilles ou beaucoup plus complexe charni re piano Fig 11 pr paration de l avion porte lat rale d flecteur Fixation de la cam ra La fixation de la cam ra est elle m me fix e sur le plancher de l avion gr ce aux boulons pr vus cet effet Nous ajustons sa position avec une querre pour qu elle soit perpendiculaire Taxe longitudinal de
3. partir du point d entr e dans la trace c est dire suivre une loxodromie les points d entr e et de sortie des traces et les trajectoires doivent tre soigneusement calcul es les loxodromies ne sont des droites que dans certaines projections g ographiques Entrer des points d amers dans le GPS de l avion requiert un certain temps deux heures environ pour un vol d une heure Ce travail doit tre effectu au sol avant le vol et doit tre pr vu dans la pr paration du survol Comme le plan de vol est tabli en coordonn es cart siennes dans le plan de projection il faut transformer ces coordonn es en coordonn es g ographiques dans le syst me employ par le GPS de l avion longitude latitude WGS 84 Il faut pr ter une attention toute particuli re aux param tres employ s pour cette conversion ellipso de de la projection ellipso de du GPS param tres de la projection g ographique une diff rence d ellipso de peut engendrer des diff rences d une centaine de m tres Le module SAVAMER du Syst me d information G ographique SAVANE permet d tablir automatiquement le plan de vol partir des coordonn es de la trace centrale de la largeur des traces et du recouvrement souhait Il permet galement de tracer le plan de vol sur la cartographie d j existante dans la base de donn es La vitesse La vitesse de l avion une influence sur la prise de vue puisque l avion va se d placer pendant l ouvert
4. il est n cessaire de trouver des points de r f rence g ographique pour localiser recaler et redresser les images et liminer ainsi les d formations dues la prise de vue d formations optiques assiette de l avion altitude On associe position d un point dans l image captur e et position g ographique r elle pour cr er des points d amer La position g ographique r elle peut tre d termin e directement par GPS sur le terrain ou sur une photographie d j recal e et positionn e sur une carte etc Enfin gr ce aux points d amer les images captur es sont redress es c est dire mises en conformit g ographique recal es c est dire positionn es dans l espace puis mosaiqu es c est dire int gr es dans un ensemble d images pour constituer une mosaique g or f renc e Nous allons tout d abord situer cette m thode dans le contexte g n ral des moyens d acquisition d images dans le spectre visible Les moyens actuels d acquisition d images de t l d tection dans le spectre visible A heure actuelle 1999 les moyens civils d acquisition d images de la Terre en t l d tection dans le spectre visible sont nombreux et performants Par ordre de r solution la taille d un pixel l ment d image ce sont e les satellites basse r solution taille du pixel sup rieure 500 m tres e les satellites moyenne r solution taille du pixel entre 500 et 50 m tres e les satellites haute r
5. 14 5131 e 0 12 8898 n 638200 23749 2 40 17 4246 e 0 3 9883 n 643600 7349 3 40 17 9357 e 0 4 1580 n 644550 7661 4 40 15 0252 e 0 13 0585 n 639150 24061 5 40 15 5372 e 0 13 2282 n 640100 24374 6 40 18 4477 e 0 4 3277 n 645500 7974 7 40 18 9597 e 0 4 4974n 646450 8287 8 40 16 0493 e 0 133979 n 641050 24687 9 40 16 5613 e 0 13 5676 642000 25000 10 40 19 4717 e 0 4 6672 n 647400 8600 11 40 19 9838 e 0 4 8369 n 648349 8912 12 40 17 0734 e 0 13 7373 n 642949 25312 13 40 17 5854 e 0 13 9069 n 643899 25625 14 40 20 4958 e 0 5 0066 n 649299 9225 15 40 21 0078 e 0 5 1763 n 650249 9538 16 40 18 0974 e 0 14 0766 644849 25938 17 40 18 6095 0 14 2463 n 645799 26251 18 40 21 5198 e 0 5 3460 n 651199 9851 24 Fig 5 plan de vol regional IFO DAGAHALEY 25 2 Plans de vol sur HAGADERA DAGAHALEY pour une pr cision de 1 m tre On souhaite couvrir chaque camp pour obtenir une r solution inf rieure au m tre Chaque trace couvre 600 m avec un recouvrement lateral entre les traces de 200 m L ellipsoide utilis est WGS 84 la projection UTM m ridien central 39 est IFO 9 traces de 5 5 km de longueur pour 600 m en largeur 200 m de recouvrement lat ral Trace centrale 649200 12300 n 643700 12300 n N point Longitude deg min Latitude deg min X UTM Y UTM 1 40 20
6. 40 16 0221 e 0 12 3737 n 641000 22800 18 40 18 6097 e 0 12 3735 645800 22800 Fig 8 plan de vol pour DAGAHALEY 28 3 Plan de vol sur Kakuma pour une pr cision de 1 2 m tre On souhaite couvrir le camp pour obtenir une r solution de 1 2 metre L ellipsoide utilis est WGS 84 la projection UTM m ridien central 33 est KAKUMA 12 traces de 1000 m de largeur 10 km de longueur avec 50 de recouvrement 500 m Cap 0 magnetic dev vers le nord et 180 magnetic dev vers le sud Trace centrale 704500 409000 n 704500 419000 N point Longitude d m Latitude d mi X UTM Y UTM 1 34 48 8568 e 3 41 9062 n 701500 409000 2 34 48 8680 e 3 47 3317 n 701500 419000 3 34 49 1381 e 3 47 3311 n 702000 419000 4 34 49 1269 e 3 41 9057 n 702000 409000 5 34 49 3969 e 3 41 9051 n 702500 409000 6 34 49 4081 e 3 47 3305 n 702500 419000 7 34 49 6782 e 3 47 3300 n 703000 419000 8 34 49 6669 e 3 41 9046 n 703000 409000 9 34 49 9369 e 3 41 9040 n 703500 409000 10 34 49 9482 e 3 47 3294 n 703500 419000 11 34 50 2183 e 3 47 3288 n 704000 419000 12 34 50 2070 e 3 41 9035 n 704000 409000 13 34 50 4770 e 3 41 9029 n 704500 409000 14 34 50 4883 e 3 47 3282 n 704500 419000 15 34 50 7584 e 3 47 3277 n 705000 419000 16 34 50 7470 e 3 41 9023 n 705000 409000 17 34
7. 5 25 35 60 17 9 61 8 16 9 63 5 23 3 65 20 60 19 61 5 21 25 70 21 59 20 61 6 20 8 73 22 58 21 59 5 19 25 76 23 57 21 9 58 2 18 15 80 24 56 23 2 57 1 16 95 83 25 55 24 1 56 2 16 05 Tableau 4 conversion des m tres en feet 1 foot 0 32806 m tre 22 m tres feet m tres feet 1000 3049 2100 6402 1100 3354 2200 6707 1200 3659 2300 7012 1300 3963 2400 7317 1400 4268 2500 7622 1500 4573 2600 7927 1600 4878 2700 8232 1700 5183 2800 8537 1800 5488 2900 8841 1900 5793 3000 9143 2000 6098 3100 9451 Entr es et sorties de trace Lorsque le pilote vole aux instruments GPS et pilote automatique il faut lui indiquer avec pr cision les entr es et sorties de traces avec les param tres de l ellipsoide et le syst me de projection g ographique utilis par les instruments Le pilote devra ensuite pr voir des virages suffisamment larges pour que l avion puisse suivre la trace da fa on rectiligne Le plan de vol est tabli dans une projection g ographique Une trace rectiligne dans le plan de projection ne correspond pas en g n ral une trajectoire rectiligne dans l espace Il est utile de mesurer ces diff rences car le pilote automatique va suivre la route la plus courte ou de donner des points interm diaires que l avion devra survoler Le cap n est en g n ral pas constant Si le pilote veut naviguer cap constant
8. actualisation etc De nombreux domaines d application sont concern s par ces techniques on peut citer l hydrologie irrigation et gestion des ressources en eau l environnement et la gestion des ressources naturelles le d veloppement rural le d veloppement urbain les applications cadastrales Les principes de la m thode pr sent e dans ce document sont les suivants apr s pr paration d un plan de vol pr cis le survol par avion l ger avec un cam scope num rique embarqu et dirig vers le sol de fa on approximativement orthogonale permet de disposer d un film vid o couvrant la surface d sir e par traces parall les avec un certain recouvrement entre traces partir du film vid o num rique on peut extraire directement des images num riques fixes sur un ordinateur L utilisateur a le choix des images capturer il doit seulement s assurer du recouvrement des images et de la meilleure assiette possible de l avion Apr s capture des images sur un ordinateur il est n cessaire de trouver des points de r f rence g ographique pour localiser recaler et redresser les images et liminer ainsi les d formations dues la prise de vue d formations optiques assiette de l avion altitude On associe position d un point dans l image captur e et position g ographique r elle pour cr er des points d amer La position g ographique r elle peut tre d termin e directement par GPS sur le terrain ou sur une photographi
9. au format Hi8 Si la vitesse de d placement du sujet par rapport au cam scope est importante deux trames cons cutives distantes de 1 50 i me ou 1 60 i me de seconde pr sentent des diff rences importantes et l image fixe est constitu e partir d une seule des deux trames gr ce une l g re interpolation entre les lignes Le principe du GPS diff rentiel Le syst me GPS Global Positioning System est un syst me de positionnement mondial par satellite permettant de calculer la position de n importe quel point sur la Terre dans les trois dimensions De fa on instantan e le syst me GPS permet d avoir une pr cision de l ordre de 100 m tres les mesures tant brouill es par plusieurs facteurs erreur sur les param tres orbitaux des satellites erreurs sur l horloge des satellites erreurs de propagation du signal dues aux conditions m t orologiques et la position des satellites erreur due l horloge du r cepteur erreurs de r ception dues aux r flexions du signal d gradation volontaire du signal par le Department of Defense des USA propri taire du syst me Pour localiser avec une pr cision correspondant la r solution des images il est n cessaire d effectuer des mesures avec une pr cision relative entre tous les points inf rieure au m tre Cette pr cision peut tre obtenue par la m thode du GPS diff rentiel 12 Le redressement et le r chantillonnage des images En tablissant la corr
10. de toute la gestion de ces mosa ques qui repr sentent souvent de grands volumes d information Figure une carte extraite de Savane Digitalisation sur mosa que Une fois int gr e dans la base de donn es une mosa que peut servir de r f rence pour saisir d autres objets on peut digitaliser directement ces objets sur un cran d ordinateur en utilisant la mosa que comme fond cartographique de r f rence Figure digitalisation des blocs sur Hagadera 44 Bibliographie generale G n ralit s Sciences g om triques et t l d tection L Lliboutry Masson 1992 Geometrie projective J C Sidler Intereditions 1993 Vision par Ordinateur Outils fondamentaux Radu Horaud Olivier Monga Hermes 1995 GPS Le GPS et ses applications Leica 1995 Magellan Promark X CM Operation Manual Les principes du GPS Hermes SIG GIS a Computer Perspective WorBoys Taylor amp Francis 1995 SGBD G ographiques Sp cificit s M Scholl and all Thomson Publishing 1996 Savamer Manuel d utilisation Marc Souris 1999 Savane Manuel d utilisation Marc Souris 1998 45
11. gr ce quelques points d amers relev s sur le terrain par GPS la difference d altitude ne d passe pas quelques m tres permet de conna tre la configuration g n rale du territoire Fig 3 Nous souhaitons disposer d images grande r solution 0 8 m tres Fig 3 image spot composition color e r solution 20 m de la r gion de Dadaab L infrastructure Pour la prise de vue un avion l ger est n cessaire Cet avion doit r pondre plusieurs exigences e tre disponible localement e permettre la fixation de la cam ra et donc en g n ral permettre d enlever une porte lat rale e permettre de voler l altitude n cessaire pour respecter le plan de vol cette altitude varie entre 800 et 3000 m au dessus du sol suivant le plan de vol adopt et la r solution souhait e e avoir des instruments de bord permettant de suivre le plan de vol avec la pr cision demand e e avoir des co ts de location compatible avec le budget du projet Les diff rents avion du constructeur Cessna correspondent bien ces exigences en particulier les ailes hautes permettent d enlever une porte et de fixer la cam ra sans difficult Le pilotage de l avion est sans doute la partie la plus al atoire d une op ration de vid ographie a rienne En effet la navigation a rienne doit tre tres pr cise pour assurer un bon recouvrement entre les traces Nous reviendrons en d tail sur le pilotage dans le chapitre concernant la pr
12. mesures simultan es sur les m mes satellites pour permettre de d terminer les diff rences de coordonn es entre les deux stations On parle alors de GPS Diff rentiel Le calcul des coordonn es se fait en post traitement apr s d chargement sur un ordinateur des mesures enregistr es par les deux r cepteurs Le Positionnement Diff rentiel par GPS Il s agit d un positionnement relatif par rapport une station de r f rence plac e proximit d un point connu On doit donc disposer de deux r cepteurs qui effectuent des mesures simultan es l un sur le point d terminer l autre sur la station de r f rence Le principe du diff rentiel consiste retirer les erreurs syst matiques corr l es entre la station de r f rence et la station mobile Le bilan d erreur va tre consid rablement r duit e l erreur d horloge du satellite va s annuler lors du traitement des observations simultan es e les erreurs d orbite vont tre r siduelles ou n gligeables e l erreur de propagation ionosph rique sera consid rablement r duite si les deux r cepteurs ne sont pas loign s de plus de 20 km environ e l erreur de propagation troposph rique sera galement diminu e surtout s il n existe pas une trop grande diff rence entre les conditions m t o chaque r cepteur attention aux grandes diff rences d altitude 36 e revanche les erreurs multi trajets s ajoutent les unes aux autres e l erreur due l horloge
13. montage sur cardan fixation sous l appareil sans enlever une porte L avion utilis au Kenya est un CESSNA Caravan turbo propuls 16 places muni de nombreux instruments de navigation La demi porte inf rieure arri re a facilement pu tre t e et remplac e par un d flecteur pr vu cet effet le pilote et le copilote se chargent de cette op ration Fig 10 avion CESSNA Caravan de la compagnie BOSCOVIC Air Charter La pr paration du mat riel Pour le survol il faut amener sur le tarmac e la cam ra vid o et ses accessoires filtre UV cassettes vis de fixation batterie interne charg e micro externe surface blanche pour la balance des blancs e Un chargeur d alimentation 12 V pour la cam ra type chargeur pour allume cigares avec le c ble d alimentation chargeur cam ra e Une batterie 12V 7VAH minimum tanche charg e avec les c bles de connexion au chargeur d alimentation e la fixation cam ra avion munie de ses boulons et des outils pour sa fixation cl s plates tournevis querre e Une mire de r glage pour la focale pour les cam ras focale variable n indiquant pas la focale 30 e option un petit moniteur de contr le 12 V avec entr e vid o un c ble pour relier la sortie vid o de la cam ra et l entr e vid o du moniteur un c ble d alimentation 12 V pour le moniteur une batterie 12 V 3VAH minimum charg e e Ruban adh sif ciseaux fixations en plastiques pour c bles
14. ographique l image doit subir une translation une rotation puis une mise l chelle La mise l chelle est identique sur l ensemble de l image la d formation est identique quelque soit la direction c est une isom trie Deux amers sont n cessaires pour cette transformation e Une d formation polynomiale de degr 1 cette d formation est identique la similitude sauf que la mise l chelle n est pas identique quelque soit la direction Trois amers sont n cessaires pour effectuer cette transformation Une d formation projective ou homographie c est une projection classique d un plan sur un plan partir d un point C est la d formation naturelle obtenue sur une photographie lorsque le terrain photographi correspond un plan Cette transformation doit tre combin e une d formation prenant en compte l altitude sinon l chelle obtenue n est pas correcte Quatre points 42 sont n cessaires pour fixer les coefficients de cette transformation ce qui revient calibrer la position de la cam ra par rapport au plan de projection e Une d formation par triangulation cette d formation combine une premi re transformation globale rotation similitude polynomiale de degr 1 homographie avec une d formation locale de degr 1 dans chaque triangle r sultant d une triangulation partir des points d amers saisis Cette transformation est la plus efficace lorsque l on ne dispose pas d un mod
15. paration de la prise de vue et le plan de vol Pour assurer la pr cision absolue des pixels et la localisation exacte des images il est n cessaire de comna tre la localisation g ographique de points dans les images Lorsque les cartes existantes ne permettent pas de conna tre cette localisation il faut se rendre sur le terrain avec des GPS pour relever des coordonn es g ographiques Dans ce cas l acc s au sol doit tre possible les besoins en v hicules les probl mes d accessibilit et de s curit doivent tre valu s Ces besoins sont fonction de la pr cision absolue souhait e de l tendue du territoire couvrir Nous reviendrons en d tail sur ces probl mes dans le chapitre concernant le relev de points par GPS Autorisations et conditions m t orologiques De nombreux survols sont soumis autorisation sp ciale Certains sont interdits La prise de vues a riennes est souvent un domaine exclusif des militaires Toutes les restrictions et dispositions administratives n cessaires doivent tre valu es avant d entreprendre une op ration de survol Les conditions m t orologiques doivent tre connues de fa on g n rale Ensuite elles devront tre compatibles localement avec le plan de vol labor car la pr sence de nuages sous l altitude de vol est fortement d conseill e Les turbulences sont galement d conseill es car elles ont une influence directe sur l assiette de l avion et la qualit de la v
16. r solution donne donc la taille r elle de cette image dans le plan de projection Sachant qu un certain recouvrement entre les images est n cessaire pour assurer le mosa quage des images environ 20 de la surface on peut estimer le nombre d images n cessaires la r alisation d une mosa que en fonction du territoire couvrir et de la r solution souhait e Le nombre des images traiter doit tre compatible avec les capacit s de stockage de traitement de redressement et de mosa quage du projet D une mani re g n rale un projet devra essayer de ne pas d passer quelques centaines d images 15 Exemple Kakuma Gr ce des photographies a riennes de 1993 mosaiqu es en utilisant des points de r f rence au sol le territoire couvrir pour cartographier ce camp de r fugi s du nord du Kenya et ses abords imm diats peut facilement tre valu fig 1 la surface survoler mesure 10 km sur 4 soit 40 km2 Nous souhaitions disposer d une nouvelle mosa que une r solution de 1 5 m tres A cette r solution chaque image captur e partir du film vid o repr sente 1100 sur 775 metres Sans recouvrement il faut donc 10 images par trace et 6 traces Avec 20 de recouvrement il faut 12 images par trace et 8 traces soit 96 images Fig 2 mosa que de photographies a riennes de 1993 16 Exemple Ifo Dagahaley Hagadera Nous disposons d une image du satellite SPOT qui apres un redressement g n ral
17. solution taille du pixel entre 50 et 5 m tres e les satellites tr s haute r solution taille du pixel inf rieure 5 m tres e la vid ographie a rienne taille du pixel inf rieure trois m tres e la photographie a rienne Les meilleures images satellites actuelles domaine civil ont donc une r solution habituelle d une dizaine de m tres dans le spectre visible La vid ographie a rienne permet d obtenir des r solutions variant entre 3 et 0 2 m tres Les satellites basse et moyenne r solution ne rentrent pas dans ce champ d application Les images des satellites civils haute r solution ont une r solution qui peut atteindre deux m tres mais les images les plus courantes sont celles du satellite SPOT 10 m tres en panchromatique 20 m tres en multispectral Le co t varie de 0 3 USD km pour Landsat une sc ne couvre 34000 km 0 6 USD km pour Spot une sc ne couvrant 3600 km D autres satellites haute r solution entre 5 et 2 m tre devraient tre lanc s dans les ann es qui viennent 2000 2005 et pourraient donc rendre obsol te la technique d acquisition par vid ographie num rique A moins que la souplesse de la methode la vitesse d obtention du r sultat et l augmentation de r solution des capteurs vid o ne continuent la rendre comp titive De tous les moyens d acquisition la photographie a rienne classique reste actuellement la plus performante en terme de r solution une photo
18. viter de capturer des images dont la verticalit est m diocre Lors de la capture les mouvements lat raux de l avion sont facilement perceptibles et il convient de choisir si possible des images correspondant une position de l avion satisfaisante Exemples images saisies partir du film vid o effectu sur le camp de Hagadera une trace complete images sur Nairobi images sur Kakuma 40 Chapitre 7 Redressement et mosaiquage Les images captur es partir du film vid o ne sont pas g or f renc es elles comportent des d formations globales ou locales et doivent tre redress es pour tre mise au mieux en conformite avec la r alit g ographique et tre utilis es dans un systeme d information g ographique Nous allons d crire dans ce chapitre toutes les op rations n cessaires la r alisation d une image g or f renc e de l ensemble du territoire couvert par l op ration de vid ographie a rienne D formations et redressement Les images captur es partir du film vid o ne correspondent pas la r alit g ographique Elles comportent des d formations globales locales elles ne sont pas positionn es dans l espace les chelles locales ne sont pas exactes elles ne correspondent pas la projection g ographique choisie UTM Mercator Lambert Plusieurs types de d formation interviennent e les d formations dues au trajet des rayons lumineux et l optique de la cam ra e les d fo
19. 0 4959 e 0 0 0543 n 649300 100 10 40 23 9997 e 0 0 0543 n 655800 100 11 40 23 9997 e 0 0 2713n 655800 500 12 40 20 4959 e 0 0 2713n 649300 500 13 40 20 4959 e 0 0 4884 n 649300 900 14 40 23 9997 e 0 0 4884 n 655800 900 15 40 23 9997 e 0 0 7055 n 655800 1300 16 40 20 4959 e 0 0 7055 n 649300 1300 17 40 20 4959 e 0 0 9226 n 649300 1700 18 40 23 9997 e 0 0 9225 n 655800 1700 Fig 7 plan de vol pour HAGADERA 27 DAGAHALEY 9 traces de 4 8 km en longueur pour 600m en largeur 200 m de recouvrement lateral Trace centrale 641000 21200 n 645800 21200 n N point Longitude deg min Latitude deg min X UTM Y UTM 1 40 16 0220 e 0 10 6370 641000 19600 2 40 18 6095 e 0 10 6368 n 645800 19600 3 40 18 6096 e 0 10 8539 n 645800 20000 4 40 16 0220 e 0 10 8541 n 641000 20000 5 40 16 0220 e 0 11 0712 n 641000 20400 6 40 18 6096 e 0 11 0710 645800 20400 7 40 18 6096 e 0 11 2881 n 645800 20800 8 40 16 0221 e 0 11 2883 n 641000 20800 9 40 16 0221 e 0 11 5053 n 641000 21200 10 40 18 6096 e 0 11 5052 n 645800 21200 11 40 18 6096 e 0 11 7222 n 645800 21600 12 40 16 0221 e 0 11 7224 n 641000 21600 13 40 16 0221 e 0 11 9395 n 641000 22000 14 40 18 6096 e 0 11 9393 n 645800 22000 15 40 18 6097 e 0 12 1564 n 645800 22400 16 40 16 0221 e 0 12 1566 n 641000 22400 17
20. 02936 0 10 51 44641 643464 36 20006 32 4 40 17 6 83882 0 11 3 11361 643025 60 20364 60 5 40 16 38 78768 0 11 25 77771 642158 28 21060 56 6 40 16 58 40260 0 11 41 12036 642764 68 21531 79 7 40 17 7 24282 0 12 9 97049 643037 93 22417 81 8 40 17 29 64553 0 11 52 66090 643730 61 21886 28 9 40 17 25 47761 0 11 31 71123 643601 79 21242 89 10 40 17 53 69498 0 11 37 61586 644474 19 21424 29 11 40 17 55 45202 0 11 23 22025 644528 55 20982 20 12 40 18 1 96056 0 11 28 33349 644729 76 21139 24 38 Figure carte gps Dagahaley 39 Chapitre 6 Capture d images fixes Le principe de la vid ographie num rique La vid ographie num rique permet d obtenir 50 pal secam ou 60 ntsc images par seconde le signal vid o correspondant chaque image tant cod sous forme num rique Le codage num rique permet de conserver intacte la qualit du signal vid o contrairement au codage analogique Il permet galement de r cup rer sous forme num rique chaque image sans perte de qualit Les images enregistr es par une cam ra vid o sont appel es des trames car lorsque l on visualise une vid o sur un cran cathodique on affiche s quentiellement les trames en les entrela ant premi re trame sur les lignes paires seconde trame sur les lignes impaires troisi me trame sur les lignes paires etc On obtient ainsi l illusion de
21. 25 pal secam ou 30 ntsc images par seconde avec une r solution verticale deux fois sup rieure la r solution de chaque trame tout en assurant une fluidit parfaite d une image une autre lorsque le mouvement est important la vid o privil gie la qualit du mouvement la qualit de l image Le format miniDV Le format miniDV est utilis par la plupart des camescope num rique grand public En Pal Secam il correspond une taille de 768 550 pixels 720 560 en ntsc pour chaque trame Les cassettes disponibles ont une dur e de trente minutes ou de une heure La capture d images fixes On utilise deux trames successives pour obtenir une image fixe partir du signal vid o Le programme de capture effectue une moyenne entre les deux trames pour obtenir une r solution verticale identique la r solution horizontale Lorsque le mouvement est important les diff rences entre deux trames cons cutives sont importantes dans ce cas on utilise une seule trame avec une interpolation entre deux lignes pour compl ter la r solution verticale La capture d image fixe est une op ration tr s simple L objectif tant de rassembler les images en les mosa quant il faut seulement veiller conserver une zone de recouvrement suffisante entre deux images cons cutives environ 30 de l image Nous utilisons un moniteur de contr le pour visualiser le film vid o lors de la capture des images Dans la mesure du possible il faut
22. 4422 e 0 7 5434 n 649200 13900 2 40 17 4773 e 0 7 5435 n 643700 13900 3 40 17 4773 e 0 7 3265 n 643700 13500 4 40 20 4422 e 0 7 3263 n 649200 13500 5 40 20 4421 e 0 7 1092 n 649200 13100 6 40 17 4773 e 0 7 1094 n 643700 13100 7 40 17 4773 e 0 6 8923 n 643700 12700 8 40 20 4421 e 0 6 8922 n 649200 12700 9 40 20 4421 e 0 6 6751 n 649200 12300 10 40 17 4773 e 0 6 6752 n 643700 12300 11 40 17 4773 e 0 6 4581 n 643700 11900 12 40 20 4421 e 0 6 4580 n 649200 11900 13 40 20 4421 e 0 6 2409 n 649200 11500 14 40 17 4773 e 0 6 2411 643700 11500 15 40 17 4773 0 6 0240 n 643700 11100 16 40 20 4421 e 0 6 0239 n 649200 11100 17 40 20 4421 e 0 5 8068 n 649200 10700 18 40 17 4772 e 0 5 8069 n 643700 10700 Fig 6 plan de vol pour IFO 26 HAGADERA 9 traces de 6 5 km en longueur pour 600m en largeur 200 m de recouvrement lateral Trace centrale 649300 100 655800 100 n N point Longitude deg min Latitude deg min X UTM Y UTM 1 40 20 4959 e 0 0 8140 s 649300 9998500 2 40 23 9997 e 0 0 8140 s 655800 9998500 3 40 23 9997 e 0 0 5969 s 655800 9998900 4 40 20 4959 e 0 0 5970 s 649300 9998900 5 40 20 4959 e 0 0 3799 s 649300 9999300 6 40 23 9997 e 0 0 3799 s 655800 9999300 7 40 23 9997 e 0 0 1628 s 655800 9999700 8 40 20 4959 e 0 0 1628 s 649300 9999700 9 40 2
23. Vid ographie a rienne l gere Principes et guide de mise en ceuvre Exemple d application la cartographie des camps de r fugi s du Kenya UNHCR Marc Souris IRD 1999 Avant propos Ce document pr sente la methode d acquisition de donn es a riennes par vid ographie num rique que nous avons d velopp e et d crit sa mise en uvre de la pr paration du vol au mosaiquage et l int gration dans un syst me d information g ographique SAVANE Il est divis en deux parties un r sum pr sentant rapidement la m thode et les r sultats et un guide technique d crivant en d tail l ensemble des op rations L exemple pr sent tout au long de ce document concerne les camps de r fugi s du Kenya sur lesquels nous avons appliqu cette m thode d acquisition d images a riennes afin d aboutir une cartographie pr cise des camps Cette application s inscrit dans un programme de recherche sur les r fugi s faisant l objet d une convention entre le Haut Commissariat aux R fugi s des Nations Unies UNHCR et l Institut de Recherche pour le D veloppement IRD ex ORSTOM L auteur Marc Souris est charg de recherche l Institut de Recherche pour le d veloppement IRD ex ORSTOM Math maticien et informaticien il est sp cialiste des bases de donn es et des syst mes d information g ographique Il est l auteur principal du syst me d information g ographique SAVANE F Remerciements S
24. a chaque instant m me si les principes de redressement utilis s permettent de s affranchir de ces probl mes 14 Chapitre 2 La planification d une op ration de vid ographie a rienne Comme pour la prise de vue par photographie a rienne il est n cessaire de planifier l avance toutes les tapes d une op ration de vid ographie a rienne Cette planification concerne e La d finition des objectifs le territoire couvrir la r solution souhait e e L infrastructure disponible pour la prise de vue et la prise de points d amers accessibilit s curit moyens de transport au sol Moyens a riens disponibles e La pr vision des conditions m t orologiques e Les autorisations de survol a rien des territoires couvrir e La pr paration du mat riel sur place e L valuation des co ts pour l ensemble de l op ration envisag e survol prise de points GPS cartographie existante redressement SIG La definition des objectifs de l op ration territoire r solution pr cision Le territoire couvrir doit tre d fini avec pr cision Les cartes de base existantes doivent servir cette d finition Lorsque le territoire couvrir n est pas cartographi une description g ographique est n cessaire points GPS l ments singuliers etc Une image satellite m me moyenne r solution est tr s utile dans la phase de pr paration La r solution souhait e doit tre d finie cette
25. a gestion int gr e et le traitement des donn es de type image dans un SIG Savane Nous pr sentons donc dans ce guide toutes les tapes de la m thode de l acquisition des images leur int gration dans un syst me d information g ographique La m thode de redressement et de mosa quage s appuie sur les principes de redressement d images avec prise de vue non calibr e Cette m thode d acquisition d image a t appliqu e au Kenya dans le cadre du programme de recherche IRD UNHCR sur les r fugi s Ce guide d crit en d tail cet exemple d application qui r unit lui seul de nombreuses difficult s de mise en uvre accessibilit s curit infrastructure climat La t l d tection a rienne l g re de nombreuses applications La t l d tection a rienne l g re concerne toutes les techniques visant obtenir des images a riennes de la Terre par des moyens a riens l gers et faciles mettre en uvre Elle compl te la photographie a rienne classique et la t l d tection spatiale La t l d tection a rienne l g re r pond de nombreux besoins techniques cartographie de base cartographie d occupation du sol grande chelle cartographie th matique chantillonnage actualisation etc De nombreux domaines d application sont concern s par ces techniques on peut citer l hydrologie irrigation et gestion des ressources en eau l environnement et la gestion des ressources naturelles le d velop
26. a surface cartographier il est n cessaire d indiquer au pilote de l avion l ger l ensemble des param tres lui permettant d assurer une navigation pr cise Un plan de vol peut tre tabli en utilisant les coordonn es g ographiques des points d entr e et de sortie des traces la navigation se fait lors au GPS suivant une orthodromie ligne de plus courte distance curviligne entre deux points de m me altitude ou en indiquant un point d entr e et un cap la navigation se fait alors au compas et suit une loxodromie condition de tenir compte de la d rive de l avion Le principe de la videographie et le format num rique miniDV Un film vid o est constitu d images cadenc es trames raison de 50 PAL SECAM ou 60 NTSC images par seconde Chaque trame correspond au balayage d une ligne sur deux d un cran ce qui permet d avoir une image compl te tout les 1 25 i me PAL SECAM ou 1 30 i me NTSC de seconde et d assurer un meilleur rendu du mouvement on dit que les images sont entrelac es avec une trame paire une trame impaire Le format vid o num rique miniDV comprend 720 576 pixels pour chaque trame L acquisition d image fixe On peut capturer une image partir de deux trames cons cutives du film vid o afin d obtenir une image fixe Gr ce au codage num rique du signal et la r solution du format DV les images fixes sont d excellente qualit impossible obtenir avec un cam scope analogique
27. appareil V rification d enregistrement au sol 10 secondes V rification du microphone La pr sence d une batterie externe ne dispense pas de la batterie interne qui doit tre en pleine charge Assiette et orientation de la cam ra Juste avant le vol il faut r gler et v rifier la bonne assiette de la cam ra gr ce aux niveaux pr vus cet effet sur la fixation En vol En vol il est utile d avoir deux op rateurs l un se chargeant de la cam ra l autre de la v rification du bon suivi du plan de vol et des communications avec le pilote Porte ouverte les conditions de travail sont pr caires bruit vent froid turbulences rendent les possibilit s d intervention tr s limit es L op rateur de la cam ra a un r le r duit la v rification de la cam ra Sa principale pr occupation doit tre le meilleur ajustement possible de l assiette de la cam ra la mise en marche de la cam ra au d but des traces et son arr t en fin de trace si l on veut conomiser le temps effectif de prise de vue la v rification du bon fonctionnement de la cam ra batterie bande magn tique L op rateur de suivi du vol assure la v rification sommaire du survol et la communication avec le pilote Lorsque le pilote doit suivre un plan de vol il est utile de v rifier le bon d roulement de ce plan de vol pour pouvoir revenir sur des traces qui paraissent avoir t mal suivies Lorsque le pilote vole vue l op rateur de suiv
28. atoire de Cartographie appliqu e de l IRD pour son appui ses conseils et l aide pratique du laboratoire de cartographie cam ra GPS Dominique Remy informatique IRD Centre Ile de France pour sa participation au d veloppement du syst me Savane Le UNHCR Nairobi et les responsables des camps de Dadaab et Kakuma Kenya pour l accueil dans les camps et la logistique mise notre disposition autorisations voitures chauffeurs escortes Sommaire Resume La videographie aerienne Exemple d application les camps de r fugi s du Kenya Guide technique de mise en oeuvre G n ralit s La vid ographie a rienne principes g n raux Les moyens actuels d acquisition d images de t l d tection dans le spectre visible La vid ographie a rienne principes des techniques employ es Evaluation des co ts effectifs Perspectives La planification d une op ration de vid ographie a rienne La d finition des objectifs de l op ration territoire r solution pr cision L infrastructure Autorisations et conditions m t orologiques La pr paration du mat riel sur place La pr paration de la prise de vue La navigation a rienne La pr paration du plan de vol Exemples La prise de vue a rienne le survol Types d avion l ger caract ristiques La pr paration du mat riel V rification de la cam ra En vol La v rification du survol Relev s de positions sur le terrain par GPS diff rentiel Objec
29. ction de la r solution en m tres et de la focale en mm pour le format miniDV largeur de la capture 768 pixels 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 1 1 1 2 45 455 546 637 728 819 910 1001 1092 50 501 601 701 802 902 1002 1102 1202 55 565 678 791 904 1017 1130 1243 1356 60 615 738 861 984 1107 1230 1353 1476 65 674 809 944 1079 1214 1349 1483 1618 70 689 827 964 1102 1240 1378 1515 1653 73 744 893 1042 1191 1340 1489 1637 1786 76 789 947 1105 1263 1421 1579 1737 1895 80 845 1014 1183 1352 1522 1691 1860 2029 83 893 1071 1250 1428 1607 1785 1964 2143 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 45 1183 1274 1365 1456 1547 1637 1728 1819 50 1303 1403 1503 1603 1703 1804 1904 2004 55 1470 1583 1696 1809 1922 2035 2148 2261 60 1599 1722 1845 1968 2091 2214 2337 2460 65 1753 1888 2023 2158 2292 2427 2562 2697 70 1791 1929 2067 2204 2342 2480 2618 2755 73 1935 2084 2233 2382 2531 2680 2828 2977 76 2052 2210 2368 2526 2684 2842 3000 3158 80 2198 2367 2536 2705 2874 3043 3212 3381 83 2321 2500 2678 2857 3035 3214 3392 3571 Tableau 2 r solution en m tres en fonction de l altitude de vol en m tres et de la focale utilis e en mm pour le forma
30. du r cepteur sera du m me ordre que pour le positionnement absolu mais peut tre r duite par les m thodes de double diff rence La pr cision du positionnement relatif varie entre 0 1 et 5 m environ et d pend essentiellement de la qualit des r cepteurs et du nombre de mesures effectu es sur le point mesurer Dans le cadre d un GPS diff rentiel post trait la station de r f rence sera quip e d une m moire lui permettant d enregistrer les mesures r alis es Les mesures seront r cup r es ult rieurement par l utilisateur sur un ordinateur par connexion directe ou par modem La station mobile enregistre galement les mesures propres chaque point Le logiciel de post traitement permet de traiter les mesures et de calculer les positions des points avec la pr cision requise Plus le nombre de mesure augmente meilleure est la pr cision faut au minimum une centaine de mesures pour permettre un calcul diff rentiel Si la position de la station fixe n est pas connue on pourra la d terminer soit par une moyenne sur un y grand nombre de mesures soit par calcul diff rentiel en utilisant des donn es de r ception d une station connue Le mat riel Nous disposons de deux r cepteurs de type Magellan ProMark X CM permettant une pr cision centim trique en mode diff rentiel par mesure de phases Les r cepteurs sont quip s de petites antennes amovibles que nous avons remplac es par des antennes autonomes avec p
31. e Comme l altitude n est en g n ral pas connue nous utiliserons pour simplifier une d formation polynomiale de degr un globale ou locale pour simuler la d formation projective 41 Le r chantillonage Le redressement s accompagne galement d un r chantillonage les pixels dans l image d arriv e n ont pas forc ment la m me taille que les pixels dans l image de d part En fait les pixels ne sont jamais les m mes puisqu ils sont d form s par les nombreuses op rations de redressement La d marche est donc inverse on fixe la taille et la position d un pixel dans l image d arriv e et on calcule sa valeur en cherchant quel est ou quels sont les pixels dans l image de d part qui lui correspondent apres toutes les d formations inverses Le r chantillonage consiste donc choisir la taille du pixel dans l image d arriv e et choisir une fonction de calcul pour la valeur du pixel partir des pixels qui lui correspondent dans l image de d part plus proche voisin fonction bilin aire fonction bicubique etc Cette op ration est fondamentale elle permet de passer pour la taille du pixel d une valeur estim e dans l image de d part une valeur fix e dans la projection donn e pour l image d arriv e La r solution d une image correspond la taille de ses pixels et aux objets que l on peut d finir et discerner dans l image avec cette taille de pixel par exemple avec un pixel d un metre on di
32. e d j recal e et positionn e sur une carte etc Enfin gr ce aux points d amer les images captur es sont redress es c est dire mises en conformit g ographique recal es c est dire positionn es dans l espace puis mosa qu es c est dire int gr es dans un ensemble d images pour constituer une mosa que g o r f renc e Cette mosa que est int gr e dans un syst me d information g ographique qui permet son tour d utiliser la mosa que comme base cartographique pour des travaux ult rieurs digitalisation repr sentation cartographie etc Application aux camps de r fugi s du Kenya La m thode d crite ci dessus a t utilis e pour effectuer la cartographie des camps de r fugi es du Kenya Kakuma Dadaab dans le cadre du programme de recherche sur les r fugi s faisant l objet d une convention entre l UNHCR et l IRD ex ORSTOM De nombreuses difficult s taient r unies sur ce site acc s difficile les camps sont loign s des grandes agglom rations conditions m t orologiques instables r percutions climatiques de El Ni o absence de cartographie grande et moyenne chelle difficult s logistiques probl mes de s curit etc N anmoins la m thode de prise de vue s est montr e efficace malgr ces conditions difficiles nous avons ainsi pu r aliser des mosa ques g o r f renc es des quatre camps de r fugi s du Kenya kakuma Ifo Dagahaley Hagadera La
33. e 0 6 33 0717 n 647279 21 12071 64 6 40 19 5 9935 e 0 6 21 3744 646710 07 11712 38 7 40 18 36 6978 e 0 7 7 4634 n 645804 25 13127 77 8 40 18 22 1578 e 0 7 5 9514 n 645354 71 13081 32 9 40 18 25 7425 e 0 6 13 7186 n 645465 61 11477 21 10 40 18 27 4598 e 0 6 13 8981 n 645518 71 11482 73 Figure prise de point sur le terrain Figure carte gps IFO GPS Hagadera Ellipsoide WGS 84 UTM zone 7 est N point Longitude deg min sec Latitude deg min sec X UTM Y UTM 1 40 22 37 52711 e 0 0 27 46344 n 653250 59 843 45 2 40 23 4 83963 e 0 0 42 31480 654095 06 1299 56 3 40 23 23 67249 e 0 0 20 84403 654677 35 640 16 4 40 22 44 48576 e 0 0 12 91431 n 653465 74 396 62 5 40 22 5 74807 e 0 0 14 75908 652268 02 453 28 6 40 22 34 96175 0 0 7 15235 s 653171 27 9999780 34 7 40 22 13 40126 e 0 0 30 59070 5 652504 65 9999060 51 8 40 21 43 92631 e 0 0 20 24721 s 651593 33 9999378 18 9 40 21 57 37426 e 0 0 0 00412 n 652009 12 0 13 10 40 21 43 42893 e 0 0 8 46660 n 651577 95 260 02 11 40 21 3 85965 e 0 0 2 39329 n 650354 53 73 50 Figure carte gps Hagadera GPS Dagahaley Ellipsoide WGS 84 UTM zone 7 est N point Longitude deg min sec Latitude deg min sec X UTM Y UTM 1 40 17 53 28873 0 11 21 13002 644461 67 20918 00 2 40 17 39 30619 0 11 12 79209 644029 38 20661 90 3 40 17 21
34. erticalit moyenne des images Le vent lat ral a galement une grande influence obligeant l appareil voler en crabe pour respecter le plan de vol les images sont donc syst matiquement prises avec un angle horizontal correspondant au lacet de l avion Un ensoleillement vertical intense provoque toujours un effet de point chaud dans les images Malgr cet effet l ensoleillement am liore le contraste et le piqu des images vid o Il est donc pr f rable d effectuer un survol par temps clair et ensoleill Il faut en revanche viter les diff rences d ensoleillement successives qui provoqueront sur les images des diff rences importantes de contraste et de luminosit La pr paration du mat riel sur place Pour la prise de vue avec une cam ra vid o num rique classique il est n cessaire de disposer de e Une cam ra vid o num rique avec possibilit de capture d images fixes sur ordinateur nous utilisons une cam ra SONY DCR VX1000E avec carte de capture DVBK1000E 18 e Un filtre UV pour la cam ra e Des cassettes d enregistrement pr voir le double du temps de prise de vue r elle Des cassettes d une heure sont recommand es pour ne pas avoir changer la cassette pendant le vol Un chargeur d alimentation 12 V pour la cam ra type chargeur pour allume cigares e Une batterie 12V 7VAH minimum tanche et une alimentation sp ciale 12V pour la cam ra Une fixation sp ciale permettant de fi
35. espondance entre des points de l image et des points localises g ographiquement servant d amers on peut calculer les modifications apporter l image pour la faire coincider avec la r alit g ographique suivant une projection g ographique donn e On appelle redressement ou recalage cette op ration de mise en conformit g ographique Avec deux amers on peut effectuer une rotation suivie d une translation Avec trois points d amers on peut effectuer une d formation polynomiale de degr 1 Avec quatre amers une d formation projective Avec de nombreux points d amers on peut effectuer un redressement local par redressement de degr 1 dans chaque triangle provenant de la triangulation entre les points d amers un premier redressement global Le r chantillonnage permet de modifier la r solution dans l image recal e en choisissant les pixels prendre en compte dans l image de d part pour calculer la valeur d un pixel recal dans l image d arriv e Le mosaiquage et les syst mes d information g ographiques A partir des images recal es on constitue une seule grande image en int grant les pixels des images redress es dans un seul ensemble La structure d une mosaique est plus complexe que celle d une image simple car la mosaique n a pas forc ment la forme d un rectangle Les mosaiques sont g r es par les systemes d information g ographique Ces systemes permettent de g rer d autres types de donn es g ogra
36. ffisants l altitude trop lev e la visibilit vers le sol trop faible la d rive trop importante etc La pr paration du plan de vol Quelle que soit la m thode de navigation il est n cessaire d tablir un plan de vol tr s pr cis Ce plan de vol comprend la d finition de l altitude de la m thode vol vue ou par GPS des points d entr e et de sortie de trace de la vitesse de l heure ad quate L altitude Le choix de l altitude de vol est fonction de la r solution du capteur de la cam ra de la r solution souhait e pour les images captur es et de la focale utilis e pour la camera voir les tableaux Plusieurs consid ration doivent guider le choix de l altitude de vol les conditions m t orologiques pas de nuages pas trop de turbulences la meilleure focale pas trop courte pour diminuer l angle des rayons lumineux sur le bord des images la r solution souhait e Lorsque la navigation se fait vue l altitude ne doit pas tre trop lev e inf rieure 2000 m au dessus du sol 20 l largeur du capteur L largeur de la trace au sol f longueur focale distance du plan focal au sol d distance du capteur au sol E P d L 1 1 L d L f f L yprd 1 Dans les tableaux on consid re 1 36 mm pour obtenir une focale correspondant au format photographique 24x36 La largeur r elle d un capteur CCD de camera vid o est beaucoup plus petite Tableau 1 altitude de vol en m tres en fon
37. graphie a rienne classique scann e permet d avoir une r solution largement inf rieure au m tre A l inverse son co t est important partir de 50 USD km pour une mission de 1000 km et la mise en uvre d une campagne de photographie a rienne demande des moyens assez lourds Lorsque le crit re principal est la r solution et qu il existe d j une couverture a rienne r cente par photographie il est bien s r pr f rable d acheter puis de scanner les photographies plut t que de refaire une prise de vue avec une autre m thode d acquisition Mais souvent manque la couleur la plupart des photographies a riennes sont en noir et blanc La videographie a rienne permet donc d assurer la continuit des r solutions entre les images des satellites de haute r solution et les photographies a riennes classiques On peut tablir un tableau comparatif des diverses m thodes suivant plusieurs crit res r solution disponibilit m t o Temps d acquisition Satellite De30m 2m Depend du satellite 0 3 0 6 USD km Pas de nuages De quelques et des conditions jours quelques m t o mois Vid ographie De3m 0 2m A mettre en uvre 5 20 USD km Pas de nuages Quelques jours Avion l ger cam ra une altitude GPS inf rieure au vol Photographie Jusqu 0 1m Moyens classiques 10 50 UDS km Pas de nuages De quelques de la photographie une altitude jours quelques a rienne inf rieure au semaines
38. i du vol doit indiquer en permanence au pilote le bon d roulement de sa navigation par rapport aux objectifs La v rification du survol En embarquant un GPS dans l avion on peut enregistrer la position en 3D de l avion pendant l ensemble du vol de mani re comparer le vol avec le plan de vol une fois le survol effectu Pour obtenir une pr cision suffisante on doit utiliser des techniques de GPS diff rentiel mobile ou avoir acc s par radio aux donn es GPS d une station fixe et r pertori e Exemple suivi du survol du camp de HAGADERA par GPS diff rentiel mobile Nous disposions de deux GPS MAGELLAN PROMARK X CM Un GPS a t positionn sur le tarmac l autre GPS tant embarqu et situ dans le cockpit de l avion sur le tableau de bord Le GPS au sol tait muni d une antenne professionnelle le GPS embarqu ne comportait que sa petite antenne d origine Les deux GPS enregistrent les points en mode diff rentiel mobile raison d un point par seconde pendant toute a dur e du vol La position du GPS fixe avait t calcul e auparavant par une mesure en diff rentiel fixe voir chapitre suivant 33 Apres le survol les deux fichiers sont d charg s sur l ordinateur portable et trait s par le logiciel MSTAR fourni avec le GPS et permettant d obtenir un fichier de positions indiquant les coordonn es de chaque point dans les trois dimensions l instant de capture la validit du point PDOP Les poi
39. ique sont des systemes de gestion de donn es bi ou tridimentionelles Ils permettent de g rer et de traiter la localisation dans l espace des objets conserv s qui mod lisent la r alit Ces objets sont des zones des lignes des points ou des pixels d images Chaque objet est d crit par des attributs les objets d crits par les m mes attributs sont regroup s en collections Ces collections s apparentent aux relations d un syst me de gestion de base de donn es relationnelle classique Toutes les donn es g ographiques pr sentent dans un SIG doivent pouvoir tre mises en relation les unes avec les autres en utilisant leur localisation dans l espace pour les traiter ou les cartographier Il est donc tr s important de bien g rer cette localisation dans l espace et d en ma triser tous les aspects pr cision validit espace de r f rence etc Si le redressement des images vid o est bien effectu la mosa que r pond ces crit res et peut tre utilis dans un SIG et mis en correspondance avec d autres objets localis s La gestion des mosa ques Parmi les objets g r s par un SIG les mosa ques d images tiennent souvent une place part Dans le syst me SAVANE ces objets sont int gr s dans la base de donn es au m me titre que les autres types de donn es g ographiques Les mosa ques peuvent ainsi tre utilis es sans effort particulier Une fois int gr es dans la base de donn es le syst me se charge
40. isions recherch es un faible cart entre le vol de l avion et le plan de vol peut engendrer des traces non jointives et rendre l op ration de survol incomplete D une mani re g n rale l avion doit suivre des traces r guli res et parall les pour couvrir l ensemble du territoire survoler on aura int r t pr voir des traces cap constant Il faut galement assurer un recouvrement lat ral des traces pour pouvoir effectuer le mosaiquage des images par la suite Il faut donc d finir les traces avec le plus de pr cision possible Pour suivre les traces le pilote peut utiliser les instruments sophistiqu s de navigation GPS et pilote automatique ou voler vue en se servant de rep res au sol La premi re m thode est videmment beaucoup plus fiable que la seconde mais elle n cessite un quipement qui n est pas toujours disponible sur les avions l gers Pilote automatique et points GPS le pilote introduit dans le GPS de l avion des points que l avion doit survoler en g n ral les entr es et sorties de traces Le pilote doit ensuite pr parer son plan de vol pour que le pilote automatique de l avion puisse suivre les traces l entr e dans la trace doit respecter le cap g n ral de la trace Vol vue le pilote doit suivre des traces entr e sortie cap en se basant sur les objets rep r s au sol routes immeubles etc Ce type de navigation peut tre difficile ou impossible lorsque les rep res sont insu
41. ivie d une transformation par triangulation Si le r seau de point d amers est suffisamment dense toutes les d formations sont corrig es et l image redress e est g ographiquement correcte les chelles locales sont exactes La difficult principale r side donc dans la disponibilit de ce r seau de points d amers points qui peuvent tre obtenus soit partir d une cartographie existante soit partir d images satellite mais une pr cision moindre et condition que l image satellite soit elle m me bien redress e et g or f renc e soit partir de points GPS pris directement sur le terrain Le mosa quage et l introduction dans un SIG Une fois redress e une image peut tre int gr e dans un ensemble de mani re constituer un orthophotoplan Cette operation est appel e mosaiquage La mosaique ainsi constitu e est g or f renc e et est g r e et utilis e dans un syst me d information g ographique Les nombreuses images provenant de la vid ographie disparaissent pour laisser place un seul ensemble directement g r par le systeme d information Le systeme d information g ographique SAVANE a t utilis pour toutes les op rations de redressement et de mosaiquage pr sent esdans ce document Exemple redressement de Hagadera 43 Chapitre 8 Utilisation dans un systeme d information geographique Rappel sur les systemes d information g ographique Les systemes d information g ograph
42. l avion La fixation permet galement de fixer la batterie 12 V et l alimentation correspondante pour la cam ra Tous les l ments mobiles et toutes les connexions doivent tre assur s avec du ruban adh sif La cam ra est fix e sur son support par la vis de fixation pr vue cet effet et par des fixations plastiques qui ne servent qu une fois La cam ra doit tre reli e son alimentation au microphone externe au moniteur de contr le 31 Fig 12 fixation de la camera dans l avion GPS embarqu Si l on veut enregistrer les positions de l avion au cours du vol il faut disposer de deux r cepteurs permettant le positionnement GPS diff rentiel mobile voir plus loin L un des GPS doit tre situ sur un point dont la position est connue l autre GPS tant embarqu dans l avion un endroit permettant une bonne visibilit du ciel pour assurer une bonne r ception des satellites Il suffit de d marrer la r ception GPS au d but du vol V rification de la cam ra Nous avons tabli une check list des op rations n cessaires au r glage et la v rification de la cam ra juste avant le vol Balance des blancs La balance des blancs doit tre effectu e juste avant le vol pour assurer un bon rendu des couleurs et des contrastes Il faut donc se munir d une grande feuille blanche de pr f rence coll e sur un carton il y a souvent du vent sur les tarmac Il faut r gler la balance des blancs ava
43. lan de masse permettant de minimiser les doubles trajets Ces antennes sont auto aliment es par un jeu de six piles AA Les antennes sont reli es aux GPS par des c bles de plusieurs m tres Nous disposons galement d un tripode de g od sie pour une antenne Les r cepteurs sont aliment s par des jeux de six piles AA par une alimentation ext rieure 12 V continu prise allume cigares ou par une alimentation 220 V alternatif Figures GPS Magellan Promark X CM et l antenne sur son tripode de g od sie Exemple la prise de points sur le terrain a Dadaab Point de base pour Dadaab Le ch teau d eau du compound UNHCR Position obtenue par moyenne sur quatre heures de mesure cart type 30 cm Longitude 40 18 38 63 e Latitude 0 3 1 18 n Altitude 131 m Tous les autres points ont une pr cision de l ordre de 30 cm par rapport la base Figure ch teau d eau Dadaab GPS Ifo ellipso de WGS 84 UTM zone 7 est N point Longitude deg min sec Latitude deg min sec X UTM Y UTM 1 40 18 27 6714 e 0 6 7 6431 n 645525 26 11290 63 2 40 18 26 1742 e 0 6 27 0582 n 6454 78 94 11886 88 3 40 18 52 7683 e 0 6 30 2658 n 646301 17 11985 43 37 4 40 19 8 7038 e 0 7 0 1941n 646793 82 12904 57 5 40 19 24 4021
44. le num rique de terrain permettant de connaitre l altitude en chaque point En effet elle tablie un modele de d formation polynomial de degr 1 dans chaque triangle La d formation correspond un d coupage de l espace en facettes planes et si le r seau de point d amers est dense et homog ne et d autant plus dense que les diff rences d altitude sont grandes le redressement permet d obtenir directement une image en conformit avec la projection g ographique choisie Ce type de d formation permet galement d assurer une jointure parfaite entre diff rentes images une fois une image redress e il suffit de saisir des points d amers entre l image redress e et l image recaler pour faire coincider les deux images La transformation initiale permet de caler grossi rement l image redresser elle doit correspondre au mieux au type de d formation laquelle est soumise cette image Le redressement polynomial de degr 1 ou par homographie si l on conna t l altitude des points d amers est souvent le plus ad quat Les d formations des images prises par vid ographie proviennent essentiellement de l assiette de l avion et du relief Les d formations optiques sont n gligeables tout comme les d formations dues au transport des rayons lumineux Le meilleur redressement s effectue donc gr ce une transformation polynomiale de degr 1 ou d une transformation projective si on conna t l altitude des points d amers su
45. lle N anmoins les coordonn es indiqu es sur une carte seront toujours des coordonn es de projection avant mise l chelle ou les coordonn es sph riques du point correspondant sur l ellipsoide 35 Rappels generaux sur le GPS Le systeme GPS Global Positioning System est un systeme de navigation et de positionnement mondial utilisant une constellation de 24 satellites Son amp tude son financement et son entretien sont entierement assures par le Departement de la Defense des Etats Unis Les satellites GPS sont au nombre de 24 Ils amp voluent sur des orbites circulaires une distance de l ordre de 20200 km de la Terre ce qui correspond une p riode de rotation de l ordre de 12 heures Les r cepteurs GPS permettent de capter et traiter les signaux envoy s par les satellites La disponibilit du systeme d pend du nombre de satellites observables durant les mesures et de leur positionnement g om trique qui influe sur la qualit des r sultats Dans un mode d utilisation le r cepteur GPS fournit des coordonn es de mani re instantan e et de fa on autonome mode absolu le GPS permet de fournir une position 100 m pr s Cette pr cision tr s modeste est la cons quence de plusieurs facteurs e erreurs du segment spatial erreur sur les param tres orbitaux des satellites 20 m erreur sur l horloge propre du satellite par rapport au temps GPS quelques m tres e erreur de propagation le signal GPS se
46. m thode ainsi que les r sultats obtenus sont pr sent s dans la seconde partie de ce document Diff rentes figures en petit format d crivant l ensemble de la manip Kenya DNS JE O NAS Image satellite de dadaab Plan de vol Hagadera Avion et pr paration Suivi GPS du survol hagadera Capture d image fixe GPS Hagadera au sol Mosa quage et int gration R sultat mosaique globale Digitalisation sur cran Guide technique de mise en ceuvre Chapitre 1 G n ralit s Nombreuses sont les m thodes d acquisition d images de la Terre par t l d tection de la photographie a rienne la t l d tection spatiale par satellite La m thode d acquisition de donn es a riennes propos e dans ce document par vid ographie num rique vise r pondre des contraintes souvent rencontr es dans les pays en d veloppement minimiser les d lais les co ts et l infrastructure n cessaire La r solution possible c est dire la taille d un pixel l ment d image varie dans une plage allant de 3 m tres 0 2 m tres Elle se situe ainsi entre la r solution des satellites d observation civils actuels les plus performants et la photographie a rienne classique Le d veloppement de cette m thode d acquisition s inscrit dans le cadre de l innovation m thodologique sur les syst mes d information g ographique SIG elle s accompagne du d veloppement des m thodes et des logiciels pour le redressement le mosa quage l
47. mage et de mosaiquage Systeme d information g ographique supportant les mosaiques ou les images de volume important Le systeme d information g ographique SAVANE a t utilis pour toutes les op rations pr sent es dans ce document 13 Evaluation des co ts effectifs Pour valuer le co t de revient d une op ration de vid ographie a rienne nous estimons l amortissement des mat riels et logiciels le co t de l infrastructure location d un avion le co t de la main d uvre estim e au tarif d expertise de l Institut le co t du d placement Mat riel et logiciels Prise de vue 25 KF cam ra 4 KF capture moniteur de contr le 1 KF divers cam ra 1 KF GPS diff rentiel deux r cepteurs 120 deux antennes 15 KF tr pieds 2 Ordinateur portable 25 Logiciels d pend du SIG utilis 12 KF pour le syst me SAVANE Le co t total l achat du mat riel et logiciel est donc de l ordre de 200 En envisageant un amortissement sur 3 ans et raison de quatre op rations par an l amortissement sur une op ration peut tre estim 10 KF les GPS et l ordinateur sont galement amortis sur d autres op rations Sans les GPS l amortissement tombe moins de 5 Donn es et cartes initiales Cartes image satellite ou photographies a riennes une sc ne Spot panchro co te environ 6 Prise de vue Co t d une mission de terrain de quelques jours pour
48. nsitaire par rep rage visuel des habitations Au niveau de la r gion une pr cision de deux m tres est suffisante Pour la cartographie pr cise des camps et le rep rage visuel des huttes et de l infrastructure interne des blocs une pr cision inf rieure au m tre est n cessaire Nous avons donc tabli deux s ries de plan de vol correspondant ces deux objectifs Tous les plans de vol ont t calcul s gr ce au module SAVAMER du SIG SAVANE 1 Plan de vol sur la r gion d Ifo et de Dagahaley une r solution de 2 m tres On souhaite couvrir tout le territoire compris entre les deux camps de r fugi s Le r sultat doit avoir une r solution de deux m tres Nous avons tabli le plan de vol en d finissant sur l image satellite des traces parall les de 18000 m de longueur et 1500 m de largeur avec un recouvrement lat ral entre les traces de 500 m Les traces sont obliques angle de 156 par rapport au nord g ographique L ellipsoide utilis est WGS 84 la projection UTM m ridien central 39 est La trace centrale a comme extr mit s les points de coordonn es 642000 25000 et 647400 8600 cap 336 magnetic deviation vers le nord ouest or 156 magnetic deviation vers le sud est 9 traces de 1500 m de largeur 18 km de longueur recouvrement de 30 entre les traces 500 m N point Longitude deg min Latitude deg min X UTM Y UTM 1 40
49. nt de r gler la focale et s possible avant de fixer la cam ra sur son support Etalonnage du zoom Il faut r gler le facteur de zoom de la cam ra la focale pr vue dans le plan de vol La cam ra que nous avons utilis e SONY DCR VX1000E ne comporte aucune indication visuelle de la focale utilis e qui peut varier de 40 mm 400 mm quivalent 24 36 Nous devons fixer le zoom gr ce une mire de r glage que nous avons construite cet effet et qui ne peut tre utilis e ou avant fixation de la cam ra sur son support Si Ton veut s affranchir de ce r glage quelque peu d licat mais important il faut pr voir un plan de vol avec la focale la plus courte Vitesse d obturation et priorit vitesse Pour obtenir des trames nettes il faut une vitesse d obturation lev e Si la cam ra fonctionne en mode automatique vitesse et diaphragme la vitesse reste trop faible Il faut donc fixer la vitesse en 32 mettant la cam ra en mode manuel ou semi automatique priorit vitesse Dans les vols effectu s nous avons fix la vitesse d obturation 1 1000 s La cam ra utilis e ne permet pas de bloquer la fois la vitesse et le diaphragme Mise au point sur l infini La mise au point sur l infini permet de s affranchir des probl mes d autofocus et des pertes d nergie correspondantes Batterie cassette V rification des raccordement de la mise sous tension V rification de la pr sence d une cassette dans l
50. nts ont ensuite t visualis s gr ce au module SAVAMER du syst me SAV ANE puis int gr s dans la base de donn es Ainsi nous avons pu comparer le vol avec le plan de vol pr c demment tabli et constater le bon d roulement du survol les carts entre vol et plan de vol sont au maximum de 50 m malgr un vent lat ral important Les entr es et sorties de traces sont elles encore plus pr cises l cart moyen n y d passe pas quelques m tres Cette exp rience nous galement permis de v rifier la pr cision du GPS en mode diff rentiel mobile Cette pr cision est excellente l incertitude ne d passe pas 20 cm Figures du gps diff rentiel mobile Figures des diff rentes statistiques altitude PDOP 34 Chapitre 5 Releves de positions sur le terrain par GPS diff rentiel Objectifs Des images vont tre extraites du film vid o Ces images d forment la r alit mouvement de l avion distorsion due l optique r fraction etc elles doivent tre redress es pour tre mises en conformit avec la g om trie de la surface r elle Il faut galement positionner ces images en les localisant sur la surface du globe On appelle redressement ces deux op rations Pour effectuer ce redressement il faut disposer de points de reference au sol dont on connait la position reelle en longitude latitude et de leur emplacement dans l image Ces couples de point sont appel s des amers Si lon ne dispose pas de phot
51. oefficients peuvent tre obtenus en connaissant l quation du plan de la cam ra Comme la position de la cam ra n est pas connue l instant de la prise de l image l quation du plan par rapport au plan de projection peut tre calcul e gr ce quatre points d amers La d formation projective rattrape galement les diff rences entre l altitude r elle de la cam ra et l altitude th orique du plan de vol Les d formations dues au relief doivent galement tre prise en compte En effet la d formation pr c dente ne tient pas compte de l altitude des points dans l image les points sont projet s dans le plan comme s ils taient tous l altitude z ro alors que la projection doit suivre une verticale et non pas un rayon lumineux partir de l altitude suppos e du point Pour prendre en compte cette d formation il faut conna tre le relief en tout point et donc disposer d un mod le num rique de terrain L image prise par la cam ra correspond la surface curviligne du terrain alors que le r sultat doit tre donn dans un plan en utilisant une projection g ographique partir de positions exprim es sur l ellipso de de r f rence Cette d formation math matique est connue c est la projection g ographique Le redressement de l image va donc tenter de supprimer toutes ces d formations pour aboutir une image g or f renc e dans un plan de projection et correspondant au mieux la r alit g ographiqu
52. ographies a riennes ou de cartes existantes suffisamment pr cises permettant de cr er ces couples de points il faut aller sur le terrain avec les images imprim es de pr f rence pour relever la position d objets visibles la fois sur les images et sur le terrain Le nombre de points relever d pend de la d formation estim e des images mais plus on disposera de points d amer meilleur sera le redressement des images Gr ce aux satellites su systeme GPS il est maintenant possible de relever la position de points sur la surface du globe terrestre avec une grande pr cision Ce chapitre d crit cette op ration G od sie et cartographie Pour exprimer la position d un point sur la Terre on utilise une surface math matique simple se rapprochant au mieux de la forme r elle de la Terre Cette surface a la forme d un ellipsoide de r volution et permet d exprimer la position d un point gr ce aux coordonn es sph riques la longitude la latitude l altitude par rapport la surface de l ellipso de En pratique plusieurs formes et positions d ellipsoide sont utilis es il est n cessaire d tre vigilant sur les param tres de l ellipso de le datum lors d un relev de coordonn es par GPS car ces coordonn es sont exprim es par rapport cet ellipsoide Pour avoir des coordonn es dans le m me r f rentiel sur l ensemble du monde un ellipso de universel a t d fini par le D partement de la Defense des Etat
53. pement rural le d veloppement urbain les applications cadastrales La t l d tection a rienne l g re comme toutes les techniques de t l d tection associe un appareil de prise de vue un moyen de transport de cet appareil Parmi les moyens de transport on peut citer les avions l gers monomoteur les h licopt res les ULM les drones avions sans pilotes les ballons captifs les dirigeables et montgolfi res Les appareils de prises de vue forment deux groupes d une part les appareils optiques classiques d autre part les appareils num riques La m thode pr sent e dans ce document la vid ographie a rienne utilise une cam ra vid o num rique embarqu e dans un avion l ger ou un ULM La vid ographie a rienne principes g n raux Le principe g n ral de la vid ographie a rienne est le suivant Apr s pr paration d un plan de vol pr cis le survol par avion l ger avec un cam scope num rique embarqu et dirig vers le sol de fa on approximativement orthogonale permet de disposer d un film vid o couvrant la surface d sir e par traces paralleles avec un certain recouvrement entre traces A partir du film vid o on peut extraire directement des images num riques fixes sur un ordinateur L utilisateur a le choix des images capturer il doit seulement s assurer du recouvrement des images et de la meilleure assiette possible de l avion Apres impression facultative des images sur papier
54. phiques zones lignes points et de comparer entre elles ces donn es de types diff rents Mat riel et logiciels n cessaires la mise en uvre de la vid ographie a rienne Mat riel n cessaire Une cam ra vid o num rique avec possibilit de capture d images fixes sur ordinateur type SONY DCR VX1000E avec carte d acquisition DVBK2000E pour ordinateur Une batterie 12V 7VAH minimum tanche un chargeur de batterie 12 V et une alimentation sp ciale 12V pour la cam ra Une fixation sp ciale permettant de fixer la cam ra verticalement hors de l avion avec r glage d assiette et d inclinaison Une mire de r glage pour la focale pour les cam ras focale variable n indiquant pas la focale En option un petit moniteur de contr le 12 V avec entr e vid o Deux GPS permettant les mesures differentielles pour un positionnement relatif inf rieur au metre type MAGELLAN PROMARK X CM Deux antennes professionnelles avec tripode pour les GPS Un ordinateur pour charger les mesures partir des GPS op ration n cessaire chaque demi journ e de mesure pour capturer les images partir de la cam ra pour recaler r chantillonner mosaiquer et utiliser la mosaique Logiciels n cessaires Logiciel d acquisition d images fixes fourni avec la cam ra ou la carte d acquisition Logiciel de calcul en diff rentiel pour GPS fourni avec les GPS Logiciel de pr paration de survol de redressement d i
55. propage depuis le satellite vers l antenne du r cepteur Il traverse ainsi la totalit de l atmosph re terrestre et subit les influences des diff rentes couches L ionosph re retarde le signal en fonction de l activit solaire et de la situation g ographique erreur entre 0 et 50 La troposph re influence la propagation du signal par l interm diaire de ph nom nes de r fraction Cette erreur est tr s sensible aux basses l vations du satellite erreur entre 2 et 5 m e erreur de multi trajets le signal GPS peut subir l approche de toute surface proche de l antenne de r ception une r flexion qui rallonge le chemin optique parcouru Cet effet est connu sous le terme de multi trajets On peut l liminer en loignant l antenne de toute surface m tallique proche et en l quipant d un plan de masse absorbant les signaux r fl chis par le sol e erreur due la pr cision de l horloge du r cepteur cette erreur est plus importante que celle induite par l horloge du satellite car la qualit de l horloge d termine directement le co t du r cepteur environ 30 m e d gradation volontaire du DoD 50 100 m Cette d gradation devrait prendre fin en 2002 Comme la pr cision de la localisation GPS absolue est souvent insuffisante et c est ici notre cas il est possible de contourner le probl me et d effectuer la localisation relative d un point par rapport une r f rence connue deux r cepteurs GPS vont faire des
56. rmations dues au positionnement de la cam ra assiette et altitude e les d formations dues au relief de la surface e les d formations math matiques pour s ajuster une projection g ographique donn e Les d formations dues l optique de la cam ra peuvent tre mod lis es en utilisant une mire Ces d formations d pendent n anmoins de la focale L optique de la cam ra que nous utilisons ne pr sente que tr s peu de d formations m me avec une focale courte Rappelons que la focale la plus courte pour cette cam ra repr sente un quivalent 24 36 de 40 mm environ ce qui reste une focale assez longue dans le monde de la photographie a rienne Les d formations dues au trajet des rayons lumineux ne peuvent tre facilement mod lis es car elles sont fonctions des conditions atmosph riques Nous les consid rerons comme n gligeables pour les altitudes de vol utilis es Les d formations les plus importantes sont dues au relief et au positionnement de 1 cam ra par rapport la verticale Ces d formations dues au positionnement de la cam ra sont de deux types assiette et altitude La cam ra suit les mouvements de l avion car elle est fix e sur son support Cette fixation ne permet de r gler approximativement que l azimut En supposant que la surface photographi e soit plane l image rectangulaire obtenue lors de la prise de vue correspond en fait un trap ze au sol C est une d formation projective dont les c
57. s Unis DoD il s agit de WGS 84 World Geodesic System 1984 a grand cot 6378137 m carr de l excentricit 0 00669437999013 C est en g n ral l ellipsoide utilis par d faut par les r cepteurs GPS On peut n anmoins transformer des coordonn es d un ellipso de un autre mais les calculs n cessitent de conna tre les param tres de position relative des deux ellipso des concern s pour la plupart des ellipsoides ces param tres sont disponibles par rapport au WGS 84 Les coordonn es d un m me point exprim es dans deux datum differents peuvent varier de plusieurs secondes d arc plusieurs dizaines de m tres apres projection Le programme Globe systeme Savane permet d effectuer des transformations de datum Pour repr senter un morceau de la surface de la Terre sur une surface plane on utilise une op ration de projection cartographique qui d forme la surface curviligne et la projette en deux dimensions sur une surface plane dans un rep re orthonorm dont l unit est toujours le m tre les coordonn es X et Y dans ce rep re sont appel es coordonn es de projection Cette op ration utilise galement les param tres de l ellipsoide auxquels se r f rent les coordonn es sph riques exprim es en longitude latitude altitude Enfin pour r duire la surface obtenue celle d une feuille de papier ou d un cran d ordinateur on divise les coordonn es planes obtenues par un facteur de r duction l che
58. scerne les voitures La pr cision d une image correspond quant elle la pr cision absolue de la localisation M me si une image n est pas g or f renc e elle a une r solution approximative que l on estime souvent galement en m tre par la taille d un pixel L op ration de redressement Les m thodes de redressement sont nombreuses elles d pendent essentiellement du type de d formation auxquelles l image redresser est soumise les possibilit s de prise de points d amers la disponibilit d un mod le num rique de terrain On peut utiliser Une translation dans ce cas l image est d j conforme la projection g ographique la taille du pixel est connue la translation n est utilis e que pour localiser l image mais n effectue aucune transformation sur les pixels Un seul point de r f rence est n cessaire pour effectuer une translation e Une translation et une rotation c est la transformation la plus simple utiliser dans le cas o l image est g ographiquement correcte mais doit subir une translation et une rotation pour tre en conformit avec le rep re de la projection Les distances dans l image ne sont pas modifi es Deux amers sont n cessaires pour effectuer cette transformation e Une similitude c est une translation et une rotation suivie d une homoth tie mise l chelle La similitude est utiliser lorsque pour tre mise en conformit avec une projection g
59. t miniDV largeur de la capture 768 pixels 21 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 45 50 55 60 65 0 74 082 0 89 096 104 1 11 119 126 70 73 76 80 83 0 56 062 067 073 078 0 84 090 095 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 45 1 98 2 09 2 20 2 31 2 42 2 53 2 64 2 75 50 1 80 1 90 2 00 2 10 2 20 2 30 2 40 2 50 55 1 59 1 68 1 77 1 86 1 95 2 03 2 12 2 21 60 1 46 1 54 1 63 1 71 1 79 1 87 1 95 2 03 65 1 33 1 41 1 48 1 56 1 63 1 71 1 78 1 85 70 1 31 1 38 1 45 1 52 1 60 1 67 1 74 1 81 73 1 21 1 28 1 34 1 41 1 48 1 55 1 61 1 68 76 1 14 1 20 1 27 1 33 1 39 1 46 1 52 1 58 80 1 06 1 12 1 18 1 24 1 30 1 36 1 42 1 48 83 1 01 1 06 1 12 1 18 1 23 1 29 1 34 1 40 2600 2700 2800 2900 3000 45 2 86 2 97 3 08 3 19 3 30 50 2 59 2 69 2 79 2 89 2 99 55 2 30 2 39 2 48 2 57 2 65 60 2 11 2 20 2 28 2 36 2 44 65 1 93 2 00 2 08 2 15 2 22 70 1 89 1 96 2 03 2 10 2 18 73 1 75 1 81 1 88 1 95 2 02 76 1 65 1 71 1 77 1 84 1 90 80 1 54 1 60 1 66 1 72 1 77 83 1 46 1 51 1 57 1 62 1 68 Tableau 3 Etalonnage de la focale de la camera SONY DCR VX1000 E avec la mire 40 cm Mire focale en 24x36 R gle dans le viseur R gle en capture 72 longueur de la m 40 r elle r gle sur la mire 45 extr mit du zoom 11 2 ouvert 9 5 72 31 5 50 12 8 66 8 11 8 69 28 6 55 16 63 8 14 8 65
60. tape du projet Le r sultat de la vid ographie a rienne est une image num rique constitu e de pixels l ments d image La r solution correspond la pr cision relative des pixels dans l image Donner une r solution revient donc donner une taille au pixel un m tre de r solution signifie que la taille d un pixel dans l image est de un m tre On fixe la r solution en fonction de la taille minimum des objets qui doivent tre visibles dans l image si l on estime qu il faut au moins quatre pixels dans chaque dimension pour reconna tre une voiture dans une image et qu une voiture mesure en moyenne quatre m tres en longueur la r solution n cessaire pour voir une voiture dans une image est de un m tre Pour fixer la r solution il faut donc d abord valuer les besoins de pr cision en pr cisant les objets qui doivent tre visibles dans l image par leur taille r elle ainsi que par le nombre de pixels n cessaires pour les repr senter la d finition souhait e La pr cision absolue correspond quant elle la pr cision de la localisation g ographique de chaque pixel dans la projection g ographique utilis e Cette pr cision absolue doit galement tre valu ce stade car d elle d pendra la planification des op ration de prise de points d amers de redressement de recalage Une image fixe captur e partir du film vid o a une r solution de 720 sur 576 pixels format miniDV Fixer la
61. tifs G od sie et cartographie Rappels g n raux sur le GPS Le Positionnement Diff rentiel par GPS Le mat riel La prise de points sur le terrain Capture d Images fixes Le principe de la vid ographie numerique Le format DV La capture d images fixes Recalage et mosaiquage Principes de redressement et de r chantillonage L operation de redressement Le mosaiquage et l introduction dans un SIG Utilisation dans un systeme d information g ographique Rappel sur les syst mes d information g ographique La gestion des mosa ques La saisie sur mosa que Resume La videographie aerienne La methode d acquisition de donn es a riennes par vid ographie num rique propos e dans ce document permet d obtenir des images a riennes avec une r solution possible c est dire la taille d un pixel l ment d image variant dans une plage allant de 3 m tres 0 2 m tres Elle se situe ainsi entre la r solution des satellites d observation civils actuels les plus performants et la photographie a rienne classique La m thode d velopp e vise r pondre des contraintes souvent rencontr es dans les pays en d veloppement minimiser les d lais les co ts et l infrastructure n cessaire la prise de vue a rienne La t l d tection a rienne l g re r pond de nombreux besoins techniques cartographie de base cartographie d occupation du sol grande chelle cartographie th matique chantillonnage
62. un ing nieur 3 KF jour Location d un avion avec pilote entre 1 KF et 4 KF heure Campagne GPS Co t d une mission de terrain de plusieurs jours pour un ing nieur ou technicien 2 KF jour Capture et redressement des images D pend du nombre d image environ 30 images jour par op rateur 1 KF jour Le co t d une op ration varie donc entre 20 et 100 KF auquel il faut ajouter les frais de d placement Perspectives Le domaine de la photographie num rique est en volution tr s rapide avec notamment l apparition de faible co t de capteurs haute r solution pour la prise de vue en 1999 capteur de r solution sup rieure 1 3 MegaPixels pour une r solution d image de 1600 1200 Si les principes nonc s plus haut restent valides la cam ra pourrait tre avantageusement remplac e par un appareil de prise de vue de haute r solution permettant de saisir et de stocker en temps r el un grand nombre d images num riques sous forme magn tique une cadence compatible avec les besoins de la prise de vue a rienne environ une image par seconde Cette technologie permettrait de rendre la prise de vue plus facile et d augmenter la r solution de fa on importante Nous chercherons galement am liorer la fixation de l appareil de prise de vue sur l avion et assurer sa verticalit par un syst me automatique simple par cardan ou par gyroscope ainsi qu mesurer avec pr cision la position exacte de la cam r
63. ure de l obturateur de la cam ra l obturation n est pas m canique elle correspond en fait au temps de capture du signal Un avion volant 120 km heure parcourt 33 3333 m par seconde soit environ 3 cm par 1 1000 5 ce qui est faible par rapport la pr cision recherch e en g n ral En revanche l avion va se d placer de 0 66 m tous les 1 50 i me de seconde la distance parcourue entre deux trames cons cutives du film vid o n est pas n gligeable On a donc int r t voler faible vitesse pour am liorer la capture d images fixes si l image fixe est obtenue par interpolation entre deux trames cons cutives Le choix de la vitesse d pend donc des capacit s de l avion et du temps n cessaire pour survoler le territoire couvrir 23 L heure du vol L heure du vol doit tre choisie en fonction des conditions d ensoleillement il faut viter au maximum les ombres port es et les turbulences dues aux ph nom nes thermiques La fin de matin e est g n ralement l heure la plus ad quate pour entreprendre un survol a rien Exemples Les exemples qui suivent concernent l op ration de survol des camps de r fugi s du UNHCR au Kenya L objectif de cette prise de vue est double un objectif environnemental sur la r gion de Dadaab afin d valuer l impact des camps sur l environnement naturel et un objectif de cartographie pr cise sur l ensemble des camps Ifo Dagahaley Hagadera Kakuma pour une valuation ce
64. vol Fig 1 exemple d images diff rentes r solutions pour un m me lieu satellite Landsat 30 metres SPOT multispectral 20 metres SPOT panchromatique 10 metres vid ographie 1 metre La vid ographie a rienne principes des techniques employees La vid ographie a rienne utilise plusieurs techniques dont il est utile de conna tre les principes la g od sie et la cartographie la navigation a rienne pr cise la vid ographie num rique le positionnement par GPS diff rentiel le redressement et le r chantillonnage d image le mosaiquage et les syst mes d information g ographique La g od sie et la cartographie Pour exprimer la position d un point sur la Terre on utilise une surface math matique simple se rapprochant au mieux de la forme r elle de la Terre Cette surface a la forme d un ellipso de de r volution et permet d exprimer la position d un point gr ce aux coordonn es sph riques la longitude la latitude l altitude par rapport la surface de l ellipso de En pratique plusieurs tailles et positions d ellipsoides sont utilis es il est n cessaire d tre vigilant sur les param tres utilis s le datum Pour repr senter un morceau de cette surface curviligne sur une surface plane on utilise une op ration de projection cartographique qui d forme la surface curviligne et la projette sur un plan en deux dimensions La navigation a rienne Pour assurer un bon recouvrement de l
65. xer la cam ra verticalement hors de l avion avec r glage d assiette et d inclinaison e Une mire de r glage pour la focale pour les cam ras focale variable n indiquant pas la focale e option un petit moniteur de contr le 12 V avec entr e vid o un c ble pour relier la sortie vid o de la cam ra et l entr e vid o du moniteur un c ble d alimentation 12 V pour le moniteur une batterie 12 V 3VAH minimum e Un chargeur de batterie 12 V e Un voltm tre e Outils n cessaires la mise en place de la fixation cl s plates tournevis e Ruban adh sif ciseaux fixations en plastiques pour c bles lectriques Bandes larges en caoutchouc type chambre air Si utilise une cam ra haute r solution ne prenant que des images fixes il est n cessaire de disposer d un ordinateur portable avec une connexion de type PCMCIA pour capturer les images en temps r el Fig 4 Mat riel n cessaire sur place 19 Chapitre 3 La preparation de la prise de vue La navigation a rienne La navigation a rienne pr cise est un exercice difficile Le pilote doit avoir une certaine exp rience dans ce domaine pour tre capable de pr parer et suivre un plan de vol compatible avec les besoins demand s et les capacit s techniques de l avion utilis Si le plan de vol doit tre pr cis et bien suivi c est pour viter d avoir ensuite des zones non couvertes sur le territoire cartographier Aux pr c
66. ylvain Bonvallot g ophysique IRD Centre Ile de France pour ses conseils sur le positionnement par GPS Pour nos applications de positionnement nous avons pu utiliser les GPS de l unit de g ophysique de l IRD gr ce Sylvain Bonvallot Luc Cambrezy g ographie IRD Centre Ile de France responsable pour IRD du programme sur les r fugi s Luc Cambrezy a particip directement aux essais de prise de vue l laboration des vols et la prise de vue sur les camps de r fugi s du Kenya Il a effectu le mosa quage des images pour les camps de Ifo Dagahaley et Hagadera Damien Chaminade CSN Nairobi pour son aide lors de la prise de point GPS au Kenya et pour sa participation au mosaiquage Jean Cheneau IRD Centre Ile de France pour la construction de la fixation de la cam ra Jean Louis Janeau p dologie IRD Quito qui a particip aux premiers essais de cam ra vid o embarqu e Quito Equateur Gad N Kamau chef pilote Nairobi et la compagnie a rienne Z Boskovic Air Charter Ltd pour sa disponibilit et sa haute comp tence Bernard Lortic cartographie et t l d tection IRD Centre Ile de France pour ses conseils et son aide prise de vue redressement des images Erwan Moreau audiovisuel IRD Centre Ile de France ainsi que l atelier audiovisuel pour ses conseils l aide pratique de l atelier et le pr t de mat riel audiovisuel camera et accessoires Pierre Peltre responsable du Labor

Vidéographie aérienne légère, principes et mise en &oelig;uvre

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