Les différents types d'orthoimages créées dans ArcGIS
ArcGIS est un système complet pour travailler avec les données d'imagerie et pour les organisations ayant besoin d'orthorectifier des images, ArcGIS propose plusieurs options pour créer des orthoimages très précises. L'objectif de cet article est de décrire trois types différents d'orthoimages pouvant être créées dans ArcGIS et de discuter des avantages de chacun. Les trois types d'orthoimages sont :
- Orthophoto dynamique
- Orthomosaïque classique
- Vraie orthophoto
La génération des trois types utilise l'imagerie source des capteurs avec les orientations d'image et une référence au sol. Les équations photogrammétriques utilisées sont les mêmes, mais les pixels utilisés pour représenter le sol sont différents. Les trois types ortho diffèrent par leurs propriétés et les méthodes par lesquelles ils sont créés.
Des orthophotos dynamiques peuvent être créés dans ArcGIS, une fois que l'orientation de l'image est fournie (soit par géoréférencement direct, soit par triangulation aérienne) et qu'un modèle numérique de terrain est choisi comme surface de référence. ArcGIS peut orthorectifier les images à la volée pour former une orthomosaïque virtuelle qui peut être visualisée sur une carte. Ces orthophotos dynamiques montrent avec précision l'emplacement des entités au sol sans effort de calcul important ni nécessité de conserver un nouvel ensemble de données. Le déplacement (du centre) de la carte peut modifier l'image affichée étant donné que, par défaut, l'image la plus nadir (verticale) est affichée. Toutes les données sources sont conservées, donc aucun pixel n'est perdu lors du traitement, mais toutes les données sources doivent rester accessibles. L'ordre d'affichage de l'image peut être contrôlé. Par exemple, les éléments du côté nord d'un bâtiment peuvent être obscurcis lorsqu'ils sont visualisés sur une image capturée depuis le côté sud, mais cette zone peut être vue en accédant à une autre image, capturée depuis le côté nord du bâtiment. Cette mosaïque dynamique d'images peut être créée et utilisée par ArcGIS Pro (mosaïque de rasters) et peut également être partagée à l'aide d'ArcGIS Image Server ou d'ArcGIS Image for ArcGIS Online.
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| Animation montrant plusieurs vues d'un bâtiment rendues accessibles via une ortho dynamique. Les entités au sol restent fixes tandis que les différentes perspectives du bâtiment et des autres éléments au-dessus du sol changent. |
Contrairement aux vraies orthophotos, les orthomosaïques classiques sont créées en générant les images ortho à l'aide du meilleur modèle de terrain numérique disponible. Les orthoimages sont mosaïquées ensemble à l'aide de la partie centrale de chaque image et les lignes de raccord sont calculées pour définir les limites entre les images. Le placement de ces lignes de raccord est calculé pour minimiser les changements visuels dans l'image et éviter les éléments non liés au terrain. Une fusion progressive est ensuite appliquée de part et d'autre des lignes de raccord pour réduire les ruptures visuelles. Dans ArcGIS, ces orthomosaïques sont générées en ajoutant des lignes de raccord à l'orthophoto dynamique, puis en conservant la sortie dans une orthomosaïque stockée en tant que jeu de données raster ou en tant que cache de tuiles pour un service efficace. Etant donné que seules les parties requises de chaque image sont traitées, le processus de mosaïquage est très efficace, et la qualité visuelle et la précision spatiale du résultat peut facilement être évaluée avant de créer l'orthomosaïque résultante. Cette dernière utilise moins d'espace disque pour le stockage et ne nécessite pas de calcul à la volée.
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| Animation montrant le même bâtiment que ci-dessus. Vous voyez la transition entre une vraie orthophoto et une orthomosaïque classique (avec l'emplacement de ses lignes de raccord). |
Les orthomosaïques classiques fournissent une localisation précise pour les éléments situés au sol. Cependant, pour les éléments situés au-dessus du sol (tels que les bâtiments et les arbres par exemple), ils semblent s'éloigner de l'axe vertical et peuvent ne pas être à leur emplacement planimétrique correct. De telles orthomosaïques sont donc bien adaptées à de nombreuses applications, où seules les entités au sol doivent être correctement placées et lorsqu'il y a peu de bâtiments ou d'objets créant des occlusions (zones cachées). Le débordement des facades ou des toits peut être atténuée en utilisant des caméras à focale plus longue ou en ayant des chevauchements plus importants entre les images. Les artefacts résultant d'une sélection de lignes de raccord non-optimale peuvent être corrigés par édition manuelle. Le calcul est efficace car les informations du modèle de surface n'ont pas besoin d'être extraites des images. Cela rend les orthomosaïques bien adaptées aux applications qui se concentrent sur les entités au sol (agriculture, environnement, voirie, ...). Les orthomosaïques classique ne sont en revanche pas bien adaptées aux zones urbaines avec de grands bâtiments ou lorsque les bâtiments sont plus proches les uns des autres. Par exemple, si une analyse de détection de changement est appliquée à deux orthomosaïques de dates différentes, de nombreux faux changements peuvent être identifiés, simplement en raison du changement de perspective des caméras pour les éléments au-dessus du sol.
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| Exemple montrant un immeuble de bureaux, vu dans une orthomosaïque classique (photo 1) et dans une vraie orthophoto (photo 2). La superposition en rouge indique l'emprise planimétrique correcte du bâtiment. Notez les voitures sur le côté nord du bâtiment, visibles dans la vraie orthophoto, mais occultées de la vue dans l'orthophoto classique. |
Pour une vraie orthophoto, chaque point de l'image en sortie est vu directement à la verticale. Le nom indique que le résultat est véritablement orthographique à chaque pixel. Les bâtiments ne penchent plus ou n'obscurcissent plus le sol, et les façades ne sont plus visibles. Ceci est réalisé en créant d'abord un modèle de surface numérique (MNS) très détaillé, obtenue par exemple à partir de la mise en correspondance d'images denses sur des images qui se chevauchent correctement et en utilisant la stéréo pixel à pixel. Ce nuage de points 3D très détaillé est utilisée pour générer une orthoimage de sortie en mélangeant les pixels de l'image source rectifiés dans leur position compte tenu de leur élévation au pixel près. Comme chaque pixel de chaque image peut être précisément localisé en 3D, la redondance peut être utilisée pour supprimer des informations incohérentes, telles que des objets en mouvement comme des voitures ou des réflexions solaires. Les vues multiples permettent aussi d'améliorer la résolution et la radiométrie.
Le principal avantage d'une vraie orthophoto est qu'elle est exempte d'occlusions causées par l'inclinaison des bâtiments et que chaque pixel est correctement situé. Cela la rend particulièrement adaptée pour effectuer des mesures et très cohérente pour la superposition avec d'autres couches du SIG (vecteur ou raster). De plus, l'automatisation est plus élevée car aucune modification de ligne de raccord n'a besoin d'être prise en compte. En revanche, un chevauchement d'image plus élevé est recommandé pour des résultats optimaux. Pour les images au nadir, 80 % de chevauchement entre deux clichés successifs et au moins 60 % de chevauchement latéral. Tout cela, afin de minimiser les "trous" dans le MNS et d'obtenir une véritable orthophoto de haute-résolution.
Pour résumer, les avantages des vraies orthophotos sont la cohérence et la grande précision géométrique, permettant une détection plus facile des changements. L'inconvénient est qu'elles sont plus coûteuses en calcul et que l'orientation des images en entrées doit être très précise.
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| Capture d'écran montrant une partie d'une vraie orthophoto à l'échelle de la ville de Francfort, en Allemagne. Elle est mélangée à gauche avec le MNS haute résolution (données fournies avec l'aimable autorisation d'Aerowest et de la ville de Francfort) |
Toutes les orthoimages peuvent avoir des artefacts. Pour les orthophotos dynamiques et les orthomosaïques classiques, les artefacts sont généralement causés par des occlusions, des entités d'une certaine hauteur et inclinées, des lignes de raccord avec des effets abrupts ou flous. De plus, les objets tels que les ponts deviennent généralement incurvés car ils ne sont pas représentés dans le modèle de terrain. Les vraies orthophotos ont généralement beaucoup moins d'artefacts, bien qu'elles puissent se produire le long d'objets qui ne sont pas modélisés de manière appropriée dans le MNS, tels que des structures très minces et des "images fantômes" de véhicules en mouvement.
Les vraies orthophotos sont la nouvelle norme pour l'orthoimagerie, en particulier pour les applications telles que l'urbanisme, la construction, les transports, les services publics et de nombreuses autres applications axées sur les infrastructures.
Pour terminer, je vous indique ci-dessous les principales solutions ArcGIS permettant de générer les trois types d'orthoimages décrites dans cet article :
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