Conseils pour la collecte d'images par drone et leur traitement dans ArcGIS
La création de produits 2D et 3D en haute-résolution (MNT, MNS, Orthophoto,
Photomaillage 3D, Nuage de points 3D) à l'aide de Site Scan for ArcGIS ou
ArcGIS Drone2Map commence par de bonnes pratiques de collecte de données sur
le terrain. Je vous propose, dans cet article, quelques conseils rapides
pour vous aider à planifier une mission de cartographie de drone réussie.
Utilisez une distance d'échantillonnage au sol qui correspond à vos
besoins
L'un des facteurs les plus importants à prendre en compte lors de la
planification d'un vol de drone est la distance d'échantillonnage au sol
(GSD) de votre projet. La GSD est la surface de sol qui correspondra à
chaque pixel de l'image.
La GSD est déterminée par la résolution de votre appareil photo et
l'altitude de votre vol. Au fur et à mesure que vous baissez l'altitude de
vol de votre drone, la GSD de vos images diminue, ce qui vous permet de voir
plus de détails dans vos images et d'augmenter la précision des produits
cartographiques générés en sortie du traitement de vos images de drone.
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| Moins de détails peuvent être vus dans ce bassin de traitement d'eau à mesure que la distance d'échantillonnage au sol augmente, mais quelle est la meilleure image ? L'image en haut à gauche est idéale pour les projets qui nécessitent des mesures précises, tandis que l'image en bas à droite a été volée en deux fois moins de temps et est parfaitement adaptée à la numérisation des empreintes. |
Est-ce qu'une petite GSD c'est toujours mieux ?
Il peut sembler logique d'utiliser la plus petite valeur GSD pour chaque
projet. Après tout, plus de détails et de précision, c'est forcément
mieux, non ? Le problème c'est que la diminution du GSD nécessitera plus
d'images pour couvrir une même zone, ce qui signifie des temps de vol
plus longs, des temps de traitement et des besoins accrus en termes
d'espace disque pour le stockage des images en entrée et en sortie.
Utilisez donc la GSD la plus élevée qui correspond aux exigences de
votre projet pour créer des produits rentables.
Définir vos exigences de précision
Il existe deux façons de mesurer la précision de vos produits de
cartographie par drone : la précision absolue et la précision relative.
La précision relative est une mesure de la façon dont les dimensions des
entités dans vos produits de cartographie par drone modélisent leurs
dimensions réelles, indépendamment de leur emplacement réel dans le
monde. Les cartes avec une précision relative élevée sont utiles pour la
mesure des distances, des angles et des volumes, compter des objets dans
un certain périmètre ou encore pour le calcul d'indicateur
environnementaux comme un index de végétation.
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Précision relative : les dimensions de l'orthomosaïque (à
droite) sont précises, mais l'emplacement des pixels
est décalé de plusieurs mètres par rapport au fond de carte (à gauche). |
La précision absolue est une mesure de la qualité de l'alignement
des entités de vos produits cartographiques avec leur emplacement
réel. Une précision absolue élevée est importante lorsque vous avez
besoin de connaître l'emplacement exact d'entités sur votre carte,
lorsque vous devez superposer et comparer les mêmes entités à
différentes dates, ou encore si vous croiser vos produits
cartographiques avec d'autres couches d'informations géographiques
de votre SIG.
Avec des techniques de collecte d'images appropriées, les drones
modernes sont capables de produire des produits de cartographie avec
une précision relative élevée (centimétrique). Cependant, le
récepteur GNSS embarqué n'est généralement pas suffisant pour créer
des produits cartographiques avec une précision absolue élevée. S'il
s'agit d'une exigence, vous devrez probablement inclure des points
de contrôle au sol dans votre projet.
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Précision absolue : des points de contrôle au sol ont été
utilisés pour aligner cette orthomosaïque (à droite) sur le fond de carte (à gauche). Notez que la mesure du bassin de traitement de l'eau était à peu près la même que celle de l'orthomosaïque précédente. |
Utilisez les points de contrôle au sol pour une grande précision
Les points de contrôle au sol (GCP) sont des marqueurs facilement
identifiables dans les images avec un emplacement géographique connu et
qui sont utilisés pour aligner vos produits cartographiques sur un système
de coordonnées connu avec une précision élevée (centimétrique).
Les GCP peuvent être collectés sur le terrain avec un GPS, dérivés de
données LiDAR ou calculés à partir de services d'élévation (dans Drone2Map
uniquement). Quelle que soit la source que vous utilisez, il est important
de noter que la précision absolue de vos produits cartographiques ne peut
pas être supérieure à la précision des GCP. Par conséquent, il est
recommandé que les GCP soient collectés avec une plus grande précision que
la précision attendue de vos produits cartographiques.
Lorsque vous utilisez des GCP, vous essayerez de les répartir
uniformément dans toute la zone de votre projet, selon un modèle de
grille triangulaire afin de minimiser la distance entre chaque GCP. La
grille n'a pas besoin d'être parfaite, mais évitez de regrouper les GCP
dans une zone de votre projet pour garantir une précision uniforme tout
au long de votre projet.
La quantité optimale de GCP dépendra de votre projet. Généralement, plus
vous avez de GCP, plus vos résultats sont précis. Cependant,
l'augmentation de la précision après 10 GCP est généralement
insignifiante, sauf si vous cartographiez un terrain complexe. Un projet
Drone2Map ne nécessite que trois GCP, mais il est recommandé d'utiliser
au moins cinq GCP - un dans chaque coin de votre projet et un au centre.
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| Des points de contrôle au sol répartis uniformément dans la zone du projet. |
On notera également que les GCP doivent être placés sur une surface
plane à l'écart des changements d'élévation, tels que le bord des
falaises, les bordures de rue ou au-dessus de petits objets. De plus,
l'emplacement doit être visible dans le plus d'images possible. Faites
donc attention aux objets à proximité qui, sous certains angles,
pourraient obstruer la vue entre le drone et le GCP (comme les arbres,
les pylônes électriques ou les bâtiments). Si le GCP est obstrué dans
une image, ne marquez pas le GCP dans cette image.
Il n'y a pas de recommandation pour ce qui peut être utilisé comme GCP.
Cependant, le type de GCP que vous utilisez doit correspondre aux
exigences de précision de votre projet. Par exemple, les éléments
naturelles ou artificielles, telles que les rochers, les regards
d'assainissement ou les coins de trottoir, peuvent être des options
pratiques pour les GCP. Cependant, ces types de GCP sont généralement
moins précis et mal répartis dans la zone de votre projet. Pour des
résultats plus précis, il est préférable d'utiliser ses propres cibles
(en damier par exemple).
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| Exemples de points idéaux pour des points de contrôle (GCP) |
Vérifier la précision avec ses points de contrôle
L'estimation habituelle pour connaître la précision absolue de vos
produits cartographiques est que la précision horizontale sera de 1 à 3
fois la GSD et la précision verticale sera de 1 à 5 fois la GSD. Bien
que cela puisse être une bonne ligne directrice pour estimer la
précision, la seule façon de vraiment quantifier la précision de vos
produits de cartographie par drone est d'utiliser des points de
validation.
Les points de validation sont collectés de la même manière que les
points de contrôle au sol, mais ne sont pas utilisés lors du traitement.
Au lieu de cela, ils sont utilisés après le traitement pour valider
indépendamment l'exactitude des produits de cartographie en mesurant la
distance entre l'emplacement du point de validation dans vos produits
transformés et son emplacement réel.
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Les points de contrôle (bleus) sont répartis uniformément dans
tout le projet pour obtenir une bonne représentation de la précision. |
On pour noter que les drones équipés de GNSS RTK/PPK peuvent éliminer le besoin de GCP. Cependant, des points de validation sont toujours nécessaires pour valider l'exactitude absolue de votre projet.
Utilisez le bon plan de vol
La planification de vol est une partie importante d'une mission de
cartographie de drone réussie. Bien qu'il soit possible de créer des
produits de cartographie en pilotant manuellement un drone, l'utilisation
d'un logiciel de planification de vol, tel que
Site Scan LE
(gratuit), garantira que vos images sont collectées à une altitude constante
et avec un chevauchement approprié pour des résultats efficaces et
fiables.
Pour plus d'informations sur le type de plans de vol et quand les utiliser,
consultez cet article de FAQ (en anglais) du support technique :
Quels sont les modes de vol disponibles dans Site Scan Flight for ArcGIS
?
Augmenter le chevauchement
Généralement, plus vous avez de chevauchement, plus vos résultats seront
précis. L'augmentation du chevauchement aidera également à la reconstruction
de géométries complexes et l'application de textures d'image homogènes,
telles que les champs agricoles, la végétation dense et les environnements
urbains. Lors de la planification d'une mission, commencez par 80 % de
chevauchement (entre deux images successives) et 80 % de recouvrement
latéral pour assurer une bonne couverture de votre zone de projet et
maximiser la précision de vos produits. Vous réduirez le chevauchement au
besoin, en commençant par le chevauchement latéral en premier, mais évitez
de descendre en dessous de 70 % de chevauchement et de 65 % de chevauchement
latéral.
L'augmentation du chevauchement de votre vol aura pour conséquence des temps
de vol plus longs et des temps de traitement accrus. Cependant, comparé au
temps qu'il faudrait pour relancer un projet, le temps et les ressources
supplémentaires sont un bon investissement.
Il est important d'être conscient de tout changement d'élévation dans la
zone de votre projet lors de la définition de votre chevauchement. Le
logiciel de vol calcule généralement le chevauchement en utilisant la
hauteur au point de décollage. Si votre drone survole ensuite une zone à
plus haute altitude, telle que des collines et des bâtiments, le
chevauchement de vos images sera réduit et peut entraîner des problèmes lors
du traitement. Lorsque cela est possible, décollez du point le plus élevé de
votre zone de projet ou augmentez votre chevauchement pour compenser tout
changement d'élévation.
Les symptômes d'un mauvais chevauchement comprennent :
- Données incorrectes ou manquantes dans vos produits dérivés, tels que des bâtiments mal reconstruits.
- Précision absolue et relative réduite.
- Images supprimées ou erreurs lors du traitement.
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| Le logiciel de vol calculera le chevauchement par rapport au point de décollage. Des altitudes plus élevées, telles que des bâtiments et des collines, réduiront le chevauchement effectif tandis que des altitudes plus basses, telles que des mines et des vallées, augmenteront le chevauchement. |
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Un chevauchement insuffisant peut entraîner une perte de détails
dans vos produits cartographiques, comme on peut le voir sur les bords du toit (à gauche). L'augmentation du chevauchement peut aider à atténuer ces zones problématiques (à droite). |
Augmentez la taille de votre zone de projet
Il faut savoir que les bordures de votre projet se chevauchent moins en
raison de l'absence de lignes de vol adjacentes. Par conséquent, les bords
seront généralement moins précis. De plus, le changement soudain de
direction lorsque votre drone passe à la trajectoire de vol suivante peut
dégrader momentanément la précision du récepteur GNSS embarqué. Pour vous
assurer que toute la zone de votre projet est traitée avec un chevauchement
maximal et avec une bonne correction GNSS, créez un plan de vol qui couvre
une zone légèrement plus grande que votre zone d'intérêt.
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Dans ce plan de vol, les lignes de vol s'étendent bien au-delà
de la zone du projet pour assurer un bon chevauchement sur l'ensemble du site. |
Capturez des images de haute qualité
La qualité d'image est un facteur important pour la réussite de votre
mission de drone. Les images de mauvaise qualité dégradent les
performances du logiciel de photogrammétrie, ce qui peut entraîner des
problèmes, tels que des images perdues, une précision réduite et un
équilibrage des couleurs incohérent, pour n'en nommer que quelques-uns.
Heureusement, vous n'avez pas besoin d'être un artiste pour prendre des
images de haute qualité pour la cartographie par drone, le simple fait
d'apprendre les principes de base de la prise d'images nettes peut
améliorer considérablement la qualité et la cohérence de vos produits de
drone. Vous trouverez ci-dessous quelques facteurs qui peuvent influencer
la qualité de vos images.
Qualité de l'éclairage
Météo : Un éclairage constant est important pour capturer des images de
drones de haute qualité. Les journées ensoleillées peuvent sembler être
les conditions d'éclairage idéales, mais les ombres très contrastées et
l'éblouissement des surfaces réfléchissantes peuvent être problématiques
pour les logiciels de photogrammétrie. Une journée couverte et lumineuse
peut produire des images de la meilleure qualité puisque les nuages
diffusent la lumière du soleil, créant un éclairage doux et constant
avec peu ou pas d'ombres.
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L'éblouissement et les ombres sombres ont limité le niveau de
détail de cette image. Il doit être supprimé avant le traitement pour éviter toute erreur. |
Heure de la journée : Planifiez vos vols autour du midi solaire lorsque
le soleil est au plus haut dans le ciel pour réduire l'intensité des
ombres et des reflets. Si votre projet nécessite plusieurs vols, évitez
de faire de longues pauses entre chaque vol où les conditions
d'éclairage peuvent avoir changé, comme le matin et le soir.
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Cette orthomosaïque a été créée à partir de vols effectués le
matin et le soir, provoquant des zones claires (en bas)
et sombres (en haut) distinctes. Voler les deux vols l'un après l'autre aurait produit une orthomosaïque plus équilibrée. |
La vitesse de vol
Pilotez votre drone aussi lentement que possible permet de réduire le flou
de mouvement. Le flou de mouvement se produit lorsque la caméra se déplace
plus vite que le temps qu'il faut pour capturer l'image. Cela fait
apparaître les informations collectées par un pixel d'image dans les
pixels adjacents, ce qui entraîne des images floues. Bien qu'il ne soit
pas possible d'éliminer complètement le flou de mouvement, augmenter le
GSD ou réduire la vitesse de vol afin que le flou de mouvement soit
inférieur au GSD peut aider à atténuer les effets.
Flou de mouvement = vitesse d'obturation (s) * vitesse du drone
(m/s)
Flou de mouvement optimal = Flou de mouvement < GSD (m)
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| Flou de mouvement causé par une vitesse d'obturation lente sur un drone en mouvement rapide. |
Scènes complexes
Parfois, ce n'est pas la qualité de l'image mais ce qui est photographié qui
peut être le problème. Par exemple, tous les logiciels de cartographie par
drone ont du mal à traiter les images contenant des motifs répétitifs, tels
que des forêts, des prairies, des champs agricoles et des façades de
bâtiments. Si vous avez des difficultés à traiter ces zones, augmenter le
chevauchement de vos images ou l'altitude de votre drone peut produire de
meilleurs résultats dans ces conditions. De plus, évitez de prendre des
images qui capturent l'horizon, contiennent de nombreux objets en mouvement
ou des vols au-dessus de grandes étendues d'eau.
Supprimer les images problématiques
Une fois que vous avez terminé votre vol de drone, il est recommandé de
revoir les images de votre drone et de supprimer celles qui pourraient
entraîner des erreurs lors du traitement, telles que :
- Images floues.
- Images surexposées et sous-exposées.
- Images qui contiennent de grandes portions de l'horizon.
- Images avec une vue obstruée de votre zone de projet.
Utiliser le bon système de coordonnées
Connaître le système de coordonnées que votre drone utilise pour
géolocaliser les images est important pour créer des produits de
cartographie précis. Cela peut être déroutant lors de l'utilisation d'un
drone RTK GNSS car différents fabricants traitent différemment la correction
de la station de base. Pour les drones conçus pour la cartographie, cela
signifie généralement un rapide coup d'œil au manuel d'utilisation.
Cependant, les drones grand public bas de gamme peuvent nécessiter un peu de
recherche.
J'espère que ces grands principes de base vous permettront d'éviter les
erreurs les plus courantes lors de vos missions de collecte par drone. N'hésitez pas à prendre contact avec les équipes d'Esri France pour plus d'informations sur les applications Site Scan for ArcGIS (solution en mode "SaaS") et ArcGIS Drone2Map (solution "On-premise").
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