PHOTOGRAMMÉTRIE: HISTOIRE, MÉTHODE, TYPES, APPLICATIONS - SCIENCE - 2025

La fotogrametr ed est une technique permettant d' extraire des informations spatiales à partir d' images, en particulier les photographies aériennes, mais aussi celles prises sur terre ou sous la mer. A partir de ces informations, les dimensions et les positions des objets représentés sont quantifiées.

Les images photographiques sont plates, comme celle représentée sur la figure 1, mais à travers elles, il est possible d'estimer, par exemple, la hauteur des bâtiments ou des rochers, soit par rapport à la route, à la mer ou à un autre point de référence.

Figure 1. Une image aérienne prise pour effectuer un levé photogrammétrique. Source: Wikimedia Commons. Photographie de D Ramey Logan

La création d'images très proches de la réalité n'est pas nouvelle. Le grand Léonard de Vinci (1452-1519) fut un pionnier de la perspective, perfectionnant ses principes grâce à l'utilisation de soi-disant points de fuite.

Les points de fuite sont les endroits à l'horizon où les lignes parallèles convergent, donnant au spectateur une impression de profondeur.

Leonardo l'a fait avec des peintures et des dessins faits à la main, mais à partir du moment où la photographie a été inventée, au 19ème siècle, les photos ont également commencé à être utilisées à des fins techniques.

Tout comme Aimé Laussedat (1819-1907) et Albrecht Meydenbauer (1834-1921), considérés comme les pères de la photogrammétrie moderne. Laussedat a construit des cartes topographiques détaillées en 1850 en superposant différentes perspectives sur un plan.

De son côté, Meydenbauer, qui était architecte, a appliqué la technique à la documentation des bâtiments qui, s'ils étaient détruits, pouvaient être entièrement reconstruits grâce aux informations stockées.

Dans les années 1980, l'informatique moderne a fait de la photogrammétrie un grand pas en avant, minimisant le temps nécessaire au traitement de l'image.

Méthode de photogrammétrie

D'une manière générale, la méthode consiste à prendre des images d'objets, à les traiter et enfin à les interpréter. Les principaux éléments pour décrire le principe de base sont indiqués dans la figure 2:

Figure 2. Principe de base de la capture d'une image. Source: F. Zapata.

Tout d'abord, un capteur est nécessaire pour capturer l'image et également une lentille, de sorte que chaque rayon de lumière provenant d'un point, frappe le capteur au même endroit. Si cela ne se produit pas, le point est enregistré en tant que superposition et une image floue ou floue en résulte.

Pour reconstruire l'objet, seul le rayon rectiligne dessiné en noir sur la figure 2 est intéressant en photogrammétrie, c'est celui qui passe par le point appelé centre de perspective dans la lentille.

Si ce rayon, qui part directement de l'objet, traverse la lentille et atteint le capteur, c'est la distance recherchée.

Vision stéréoscopique

La vision naturelle des êtres humains est stéréoscopique. Cela signifie que nous pouvons connaître les distances auxquelles se trouvent les objets, grâce au fait que le cerveau traite les images capturées et évalue les reliefs.

Ainsi, chaque œil capture une image légèrement différente, puis le cerveau fait le travail de les interpréter comme une seule, avec relief et profondeur.

Mais dans un dessin ou une photographie à plat, il n'est pas possible de savoir à quelle distance ou à quelle distance se trouve un objet, car les informations de profondeur ont été perdues, comme expliqué graphiquement à la figure 3.

Comme nous l'avons dit, le point est sur le rayon principal, mais il n'y a aucun moyen de savoir s'il est plus proche parce que l'objet est petit, ou s'il est plus éloigné, mais il appartient à quelque chose de plus grand.

Figure 3. Dans une image plate, la profondeur des objets ne peut pas être déterminée. Source: F. Zapata.

Ainsi, pour résoudre le problème de proximité, deux images légèrement différentes sont prises, comme indiqué ci-dessous dans la figure 4.

Figure 4. L'intersection des deux lignes nous permet de trouver l'emplacement réel du point dans l'espace. Source: F. Zapata.

Connaissant l'intersection des rayons par triangulation, la position de l'objet dont ils proviennent est découverte. Cette procédure est appelée "mise en correspondance de points" et elle est effectuée à l'aide d'algorithmes spécialement conçus, car il est nécessaire de répéter la procédure avec tous les points d'un objet.

Des détails tels que la position, l'angle et d'autres caractéristiques de la caméra sont également pris en compte pour obtenir de bons résultats.

Les types

Selon la façon dont les images sont acquises, il existe plusieurs types de photogrammétrie. Si les images sont prises depuis les airs, il s'agit de photogrammétrie aérienne.

Et si elles sont prises au sol, la technique s'appelle la photogrammétrie terrestre, qui était la première application pratique de la technique.

La photogrammétrie aérienne est l'une des branches les plus utilisées aujourd'hui, car elle permet la génération de plans et de cartes très précis. Les images peuvent également être acquises via un satellite, auquel cas on parle de photogrammétrie spatiale ou satellitaire.

De même, la photogrammétrie est classée en fonction des instruments utilisés et du traitement donné à l'image, qui peut être:

-Analogique

-Analytique

-Numérique

En photogrammétrie analogique, l'imagerie et le traitement sont entièrement optiques et mécaniques.

En photogrammétrie analytique, les trames sont analogiques mais traitées sur ordinateur. Et enfin, en photogrammétrie numérique, le cadre et le système de traitement sont numériques.

Photogrammétrie vs. topographie

La topographie vise également à représenter le terrain rural ou urbain sur un plan, en mettant en évidence des points d'intérêt. Et inversement, si nécessaire, prenez les points de l'avion et placez-les dans l'espace.

Pour cette raison, la topographie et la photogrammétrie ont beaucoup en commun, mais cette dernière présente certains avantages:

- C'est presque toujours moins cher.

- L'acquisition des données - enquête - est plus rapide, appropriée pour de grandes surfaces.

- Fonctionne mieux sur un terrain très accidenté, à moins d'être recouvert d'une végétation épaisse.

- Tous les points sont enregistrés de manière égale.

- Les informations peuvent être sauvegardées et il n'est pas nécessaire de revenir sur le terrain pour les récupérer.

Photogrammétrie d'image unique

En général, il n'est pas possible de reconstruire un objet photographié à partir d'une seule photographie, sauf si d'autres informations supplémentaires sont utilisées, car comme nous l'avons déjà vu, dans une image plate, il n'y a pas d'enregistrement de profondeur.

Pourtant, les images fournissent toujours des informations précieuses, mais avec certaines restrictions.

À titre d'exemple, supposons que vous souhaitiez identifier un voleur dans un magasin ou une banque. Une image de la caméra de surveillance peut être utilisée pour déterminer la hauteur et la carrure de la personne qui a commis le crime, en la comparant à la taille connue des meubles ou d'autres personnes de l'image.

Figure 5. Les chaises sont de la même taille et nous savons immédiatement laquelle est la plus proche. En revanche, les lignes parallèles au sol qui convergent au loin, procurent la sensation de profondeur sur la photo. Source: Pixabay.

Applications

La photogrammétrie est largement appliquée dans diverses disciplines, telles que l'architecture, l'ingénierie et l'archéologie, pour n'en nommer que quelques-unes. Comme expliqué précédemment, il est appliqué en criminalistique et bien sûr, pour les effets spéciaux dans les films.

En ingénierie, de bonnes images peuvent révéler des informations sur le relief et la configuration d'un terrain, par exemple. Voici quelques domaines spécifiques d'un grand intérêt:

-Etude des voies de communication.

-Établissement d'itinéraires.

-Terrassement.

-Aménagement urbain.

-Etude de bassins hydrographiques.

-Enquêtes aériennes pour la prospection minière.

De plus, la photogrammétrie est un outil très apprécié pour:

- Architecture: dans la construction de monuments et de bâtiments.

- Archéologie: pour reconstruire d'anciens bâtiments à partir des vestiges conservés aujourd'hui.

- Zoologie: aide à faire des modèles tridimensionnels d'animaux actuels et éteints.

- Mécanique: dans la modélisation de voitures, de moteurs et de toutes sortes de machines.

Références

1. Blog de l'équipe Adam Technologies. Comment fonctionne la photogrammétrie? Récupéré de: adamtech.com.au.
2. Armillaire, géomatique appliquée. Techniques photogrammétriques. Récupéré de: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Technologies Photomodeler. Comment fonctionne la photogrammétrie? Récupéré de: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Introduction à la photogrammétrie et à la cartographie appliquée au génie civil. Publié par l'Université d'Estramadure.
5. Sánchez, J. Introduction à la photogrammétrie. Université de Cantabrie. Récupéré de: ocw.unican.es.