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Découvrir les catalogues d'imagerie orientée avec ArcGIS

Lors de la plénière de la conférence [Live] SIG 2021, j'ai eu l'opportunité de vous montrer, à travers cette démonstration, un exemple d'usage des capteurs de nos smartphones comme l'appareil photo, le GPS, le gyroscope ou le capteur Lidar pour un usage dans un SIG. Un des points de cette démonstration concernait l'utilisation d'imagerie orientée issue de photos prise depuis mon smartphone. 
   

Dans cet article, je vous propose de revenir sur cette notion d'imagerie oblique géoréférencée que l'on manipule dans ArcGIS à travers des catalogues d'imagerie orientée.
 
 
   
L'imagerie orientée, de quoi parle-t-on ? 

Depuis de décennies, on utilise dans les SIG des images prises depuis des satellites, des avions ou des drones plus ou moins verticalement en direction du sol. Différents traitements et corrections géométriques permettent ensuite d'obtenir des images orthorectifiées dans un système de coordonnées cartographique utilisables en tant que SIG. Il existe cependant de nombreuses autres sources d'images plus difficiles à visualiser et à intégrer dans un SIG. Ces images dites "orientées" (non-nadir) sont des images prise selon des directions différentes et avec champs de vision variés. On pourra par exemple évoquer les images aériennes obliques, les images panoramiques, les images sphériques 360°, des prises de vue depuis des rues, des photos d'inspection d'équipement, des vidéos, ...

 
Le domaine de l'imagerie orientée est assez vaste et recoupe des vecteurs et des capteurs photographiques d'une grande variété. Néanmoins, les images orientées ont en commun :
- la géolocalisation (x,y,z du point de prise de vue)
- l'orientation (connaissance de l'orientation de l'axe azimutal et vertical de la prise de vue)
- le champ de vision (connaissance du champ de vision horizontal et vertical couvert par la prise de vue)

Disposant de telles photos et des informations associées, une plateforme SIG comme ArcGIS est en capacité d'exploiter ces types de contenus pour vous permettre d'en extraire des informations opérationnelles, actualisées et pertinentes pour vos métiers.

 
Les capacités offertes par les données d'imagerie orientée dans ArcGIS sont principalement les suivantes :
  • Visualiser des équipements selon différents angles
  • Afficher l'emprise 2D ou 3D du champ de vision d'une caméra sur une carte
  • Améliorer le contraste et la brillance des images au moment de leur affichage 
  • Intégrer les images dans un contexte 3D (nuage de points Lidar, photomaillage 3D, ...)
  • Afficher dans l'espace de l'image des entités du SIG
  • Saisir des entités dans l'espace de la carte et dans l'espace de l'image
  • Créer des étiquettes
  • Visualiser des images prises à différentes dates depuis le même emplacement
  • Mesurer des distances, des hauteurs et des superficies (lorsque les images supportent cette capacité)

L'imagerie orientée dans ArcGIS, comment ça marche ?

Lorsque vous disposez de ce type de source de données, ArcGIS permet de les exploiter en créant tout d'abord un catalogue d'imagerie orientée. Ce catalogue d'imagerie orientée (OIC) permet aux applications clientes de connaitre la disponibilité des images ou des vidéos à l'aide de leurs caractéristiques de positionnement,  d'orientation et de champ de vision, tout cela dans les 3 dimensions. 

Principaux paramètres de spatialisation des images orientées

Concrètement, un OIC repose sur deux couches d'information : "Exposure Points" et "Coverage Map". La première est une couche d'entités ponctuelles qui contient le point de prise de vue et l'ensemble des paramètres géométriques des images ou des vidéos (orientation, champ de vision, ...). La seconde est une couche de polygones contenant les emprises aux sols (tout au moins une approximation) pour accélérer la recherche des images candidates en fonction de la cible souhaitée. Il s'agit généralement d'une couche de tuiles vectorielles, mais il peut s'agir également d'une couche d'image de carte ou d'une couche OGC WMS).

Le schéma ci-dessous résume la logique et les informations d'un catalogue d'imagerie orientée. Le document suivant reprend en détails l'organisation des OIC ArcGIS.
  
  
Un tel catalogue d'imagerie orientée (OIC) peut être créé et géré à l'aide d'un ensemble d'outils ArcGIS Pro intitulés "Oriented Imagery Management Tools for ArcGIS Pro" que vous trouverez ici. Ils permettent de créer la structure du catalogue d'imagerie orientée, d'ajouter ou de mettre à jour les images orientées dans ce catalogue et, enfin, de publier l'OIC sur votre portail ArcGIS Online (ou Enterprise).


Une fois votre catalogue publié sur votre portail ArcGIS, un élément de contenu (item) spécifique est créé ainsi que les couches "Exposure Points" et "Coverage Map" sur les quelles il repose. Vos images orientées sont accessibles à travers une API JavaScript (ouverte et publiée sur GitHub). Cette API peut être utilisée pour développer votre propre application web ou simplement à travers l'application web 2D ou 3D fournie par Esri sur ArcGIS Online. Elle est aussi utilisable par des applications ArcGIS comme ArcGIS Pro ou ArcGIS Experience Builder (widget standard).


Cette API permet à l'utilisateur de rechercher et de consulter les images disponibles. Plus précisément, il aura accès aux capacités suivantes :

  • Prise en charge des caméras à cadrage standard, panoramiques ou omnidirectionnelles (entre autres)
  • Visionneuse intégrée pour les images non-nadir et possibilité d'intégrer une visionneuse d'images personnalisée
  • Affichage de l'emprise 2D (carte) ou 3D (scène) de l'image courante et des autres images du catalogue située dans l'emprise de la carte ou de la scène
  • Outils de navigation et de filtrage spatiale conçus pour fonctionner avec des images non-nadir
  • Possibilité d'appliquer des filtres sur la date de prise de vue (si cette info existe dans le catalogue d'imagerie orientée)
  • Options d'amélioration de rendu des images (luminosité, contraste, ....)
  • Outils de mesure linéaire et de hauteur (lorsque l'imagerie le prend en charge)
  • Affichage synchronisé de l'étendue de la vue de l'image (zoom, déplacement) avec l'emprise correspondante dans la carte ou la scène
  • Visualiser et  des entités d'une couche SIG dans la fenêtre d'image orientée.


Utiliser le widget pour Experience Builder

Le widget "Imagerie Orientée" est inclus en standard dans la dernière version d'ArcGIS Experience Builder, le générateur d'expérience web de la plateforme ArcGIS. Vous pouvez ainsi construire une interface web intégrant une carte 2D (ou une scène 3D) et des capacités d'affichage et de navigation dans votre catalogue d'imagerie orientée. On notera que ce widget prend également en charge des fonctionnalités de saisie et mise à jour d'entités SIG directement dans la vue d'imagerie orientée.
 
Interface de conception d'Experience Builder et
ajout du widget "Imagerie Orientée" dans la page web


Exemple de navigation intégrée entre la carte et la vue d'imagerie orientée dans une expérience web

Synchronisation de la position du curseur entre la carte et la vue d'imagerie orientée

Affichage de différentes images autour d'un équipement dans la vue d'imagerie orientée
et interaction avec la carte, la vue d'iamgerie orientée, la fenêtre contextuelle et la table attributaire
 
  
Utiliser l'application web 2D d'exemple
 
Cette application (accessible ici) permet de charger des catalogues d'imagerie orientée partagés de manière publique sur ArcGIS Online ou votre propre catalogue d'imagerie orientée partagé en privé. L'interface est basée sur une cartographie 2D et vous permet d'exploiter l'ensemble des capacités du widget "Oriented Imagery". Si vous n'avez pas encore vos propres catalogues d'imagerie, je vous recommande par exemple de tester celui réalisé par Esri sur son Campus de Redlands.

 
 
Utiliser l'application web 3D d'exemple

Cette application (accessible ici) permet de charger des catalogues d'imagerie orientée partagés de manière publique sur ArcGIS Online ou votre propre catalogue d'imagerie orientée partagé en privé. L'interface est basée sur une cartographie 3D et vous permet d'exploiter l'ensemble des capacités du widget "Oriented Imagery". Si vous n'avez pas encore vos propres catalogues d'imagerie, je vous recommande par exemple de tester celui réalisé sur la métropole de Francfort.


Vous trouverez également des exemples 2D et 3D sur différents types d'imagerie orientée via ce groupe.
 
 
Utiliser l'add-in pour ArcGIS Pro

L'add-in pour ArcGIS Pro permet de consulter son catalogue d'imagerie orientée dans ArcGIS Pro. L'utilisateur retrouvera l'ensemble des fonctionnalités évoquées ci-dessus. Cet outil vous permet d'exploiter un catalogue d'imagerie orientée publié sur un portail ArcGIS ou un catalogue contenant des images stockées en local.

Exemple de catalogue d'images orientées issues de prises de vue photos classiques

Exemple de catalogue d'images orientées de type panoramique 360°

Basé sur l'API JavaScript des catalogues d'imagerie orientée, l'add-in d'ArcGIS Pro propose la même expérience utilisateur et les mêmes capacités qu'en mode web. Il est gratuit et peut se télécharger à partir de cette page.
 
 
Démarrer simplement avec mon smartphone et ArcGIS QuickCapture

Une autre manière de créer et d'ajouter des images orientées dans ArcGIS consiste à utiliser les nouvelles capacités d'ArcGIS QuickCapture. Ce dernier permet en effet la collecte de photos (et des informations d'orientation et de localisation associées) directement dans un catalogue d'imagerie orientée. Le catalogue d'imagerie orientée est créé au moment de la configuration de votre projet QuickCapture sur votre portail ArcGIS Online (ou Enterprise) en même temps que le service d'entités hébergé.


Je détaillerai ce workflow étape par étape dans un prochain article.


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