Travailler avec des vidéos dans ArcGIS
Les systèmes d’information géographique reposent depuis toujours sur des
cartes, des images et des bases de données. Depuis quelques années, la
collecte de vidéos devient très accessible mais n'a pas toujours été simple à
exploiter dans les applications géospatiales. Captée depuis le sol, les airs
ou des équipements mobiles, elle permet pourtant de documenter le territoire
avec un niveau de détail inédit. Associée aux capacités d’analyse spatiale et
à l’intelligence artificielle, la vidéo ouvre de nouvelles perspectives pour
observer, comprendre et gérer notre environnement.
Vous possédez des vidéos que vous souhaitez utiliser dans ArcGIS ? Elles
peuvent avoir été capturées par un système de prise de vue aérienne
professionnel, ou plus couramment par un drone moderne, voire même par une
caméra embarquée ou une caméra d'action de type 360°. Face à l'essor constant
des options de capture vidéo avec métadonnées géospatiales, le système ArcGIS
intègre de nouvelles méthodes pour exploiter la vidéo en tant que type de
données.
Une vidéo, mais surtout des métadonnées
Pour qu’une vidéo puisse être exploitée géographiquement, elle doit être
accompagnée de métadonnées décrivant notamment la position de la caméra, son
orientation et les caractéristiques de sa prise de vue. La qualité et la
précision de ces informations déterminent directement les possibilités
offertes dans ArcGIS : plus elles sont complètes, plus la vidéo pourra être
précisément reliée à la carte.
Parmi les principales informations utiles figurent :
- la position de la caméra selon les trois dimensions (x,y,z);
- l’horodatage de l’enregistrement;
- la direction (le cap) de la plateforme en mouvement;
- l’orientation du capteur par rapport à cette plateforme ;
- le champ de vision de la caméra.
Certaines de ces valeurs peuvent être fixes ou estimées. C’est par exemple
le cas de l’orientation d’une caméra montée sans nacelle mobile, ou de son
champ de vision lorsqu’elle ne dispose pas de zoom. Ces approximations
permettent néanmoins d’exploiter la vidéo, avec une précision et des
fonctionnalités potentiellement moins importantes.
Deux modèles pour associer la vidéo à sa localisation
ArcGIS prend en charge deux grandes approches pour gérer la relation entre
une vidéo et ses métadonnées géographiques.
Des métadonnées externes gérées en tant que couche d'imagerie orientée
La seconde approche consiste à conserver les métadonnées dans un fichier distinct de la vidéo, souvent sous la forme d’un fichier CSV ou GPX. Ces informations peuvent ensuite être gérées dans une classe d’entités et associées à la vidéo à l’aide des capacités d’imagerie orientée d’ArcGIS.
Ce modèle est souvent plus simple et plus souple pour les vidéos terrestres, les caméras embarquées sur des véhicules, les prises de vue obliques ou les vidéos à 360°. Il convient en particulier aux images dont la direction de visée se situe fréquemment au-dessus de l’horizon et qui ne peuvent donc pas toujours être projetées sous la forme d’une emprise au sol.
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| Exemple de visualisation de vidéo 360° via une couche d'imagerie orientée dans Map Viewer |
Des métadonnées KLV intégrées à la vidéo
La première approche consiste à incorporer les métadonnées directement
dans le flux vidéo à l’aide du modèle KLV (pour Key-Length-Value). Chaque
image de la séquence peut ainsi être associée à la position et à
l’orientation du capteur au moment de son acquisition.
Cette méthode présente l’avantage de réunir la vidéo et ses métadonnées
dans un même flux. Elle s’applique aussi bien aux fichiers enregistrés
qu’aux flux vidéo en direct. Elle est notamment fréquente avec les
systèmes aériens professionnels qui enregistrent nativement les
informations KLV. En revanche, le format n’est pas pris en charge par tous
les lecteurs vidéo et n’est pas toujours adapté à certains modes
d’acquisition, notamment aux vidéos à 360°.
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| Exemple de visualisation de vidéo dans ArcGIS Pro avec la visionneuse d'Image Analyst |
Dans ArcGIS Pro, les vidéos compatibles peuvent être visualisées avec les
capacités d’imagerie animée de l’extension ArcGIS Image Analyst. Le
lecteur vidéo est alors étroitement associé à la carte : celle-ci peut
afficher la position du capteur, son champ de vision et l’emprise de
l’image observée. La liaison fonctionne également dans l’autre sens,
puisque les informations collectées dans la vidéo peuvent être projetées
sur la carte avec les autres données SIG. Lecteur de métadonnées de vidéo
géospatiale
Quelle approche choisir ?
Le choix entre ces deux modèles dépend principalement de la plateforme
d’acquisition, de la direction de prise de vue et de la disponibilité des
métadonnées.
Pour une vidéo aérienne acquise depuis un avion ou un drone, les
métadonnées KLV intégrées constituent souvent une solution adaptée. Les
systèmes professionnels peuvent déjà les encoder dans les fichiers ou dans
les flux au moment de l’acquisition. Lorsqu’une vidéo est capturée avec
ArcGIS Flight et un drone pris en charge, l’application enregistre les
métadonnées nécessaires sous la forme d’un journal de vidéo géospatiale,
utilisable avec les deux modèles.
Les métadonnées externes peuvent être intégrées au flux vidéo à l’aide de
l’outil Video Multiplexer. Une autre possibilité consiste à référencer
directement la vidéo et ses métadonnées dans un jeu de données d’imagerie
orientée, par exemple avec la catégorie AerialFrameVideo.
Pour une acquisition terrestre, notamment depuis un véhicule ou une caméra
à 360°, l’imagerie orientée est généralement mieux adaptée. Les vidéos
peuvent être ajoutées avec les catégories TerrestrialFrameVideo ou
Terrestrial360Video, selon le type de contenu. Cette approche est
particulièrement pertinente lorsque les métadonnées se limitent à une
position GPS et à un horodatage.
Enfin, l’orientation de la caméra constitue un autre critère important.
Lorsque celle-ci vise principalement le sol, les deux modèles peuvent être
envisagés. Lorsqu’elle vise régulièrement l’horizon ou le haut d’un
équipement, l’imagerie orientée est généralement préférable, car plusieurs
fonctions associées aux vidéos KLV reposent sur la projection de l’image
vidéo sur le terrain.
Des métadonnées parfois incomplètes, mais néanmoins exploitables
Dans la pratique, toutes les caméras ne fournissent pas un jeu complet de
métadonnées. De nombreux équipements terrestres enregistrent uniquement la
position de la caméra et l’heure de la prise de vue. Certains ajoutent
également un cap, tandis que d’autres paramètres doivent être estimés.
Il est par exemple possible d’appliquer un décalage d’orientation fixe à
une caméra placée latéralement sur un véhicule, ou une inclinaison
constante à une caméra dirigée vers le sol. Pour certaines catégories de
vidéos terrestres, ArcGIS peut aussi estimer le cap lors de l’ajout des
images au jeu de données d’imagerie orientée. La vidéo reste donc
utilisable avec des métadonnées limitées, même si la richesse
fonctionnelle et la précision du positionnement dépendent nécessairement
de la qualité des informations disponibles.
Il n’existe ainsi pas de réponse unique à la question du nombre minimal de
métadonnées nécessaires. Le besoin dépend de l’usage recherché : partager
et consulter une vidéo, suivre précisément un capteur, représenter son
champ de vision ou positionner les observations réalisées dans l’image ne
nécessitent pas le même niveau d’information.
Conclusion
Au-delà des workflows d'extraction d'images à partir des vidéos (possible
dans ArcGIS à l'aide d'outil comme
Extraire des images vidéo en images
ou
Vidéo à 360° vers Imagerie Orientée), le système ArcGIS propose plusieurs expériences pour exploiter
directement les vidéos géospatiales. Avec ArcGIS Pro et l’extension ArcGIS
Image Analyst, le lecteur vidéo peut traiter des fichiers archivés et des
flux en direct. Il permet notamment d’afficher la position du capteur et
le champ de vision sur la carte, de suivre le déplacement de la vidéo, de
consulter les métadonnées au cours de la lecture et de collecter des
entités depuis les images.
Les capacités d’imagerie orientée répondent, quant à elles, aux besoins
liés aux vidéos accompagnées de métadonnées externes, en particulier pour
les acquisitions terrestres, obliques ou à 360°. Elles permettent
d’établir une relation entre les positions enregistrées dans une classe
d’entités et les séquences correspondantes de la vidéo.
Le choix d’une expérience ne dépend donc pas simplement du format du
fichier vidéo. Il doit prendre en compte la plateforme d’acquisition, la
direction de visée, la structure des métadonnées, la nécessité de
travailler avec un enregistrement ou un flux en direct, ainsi que le type
d’interaction attendu avec la carte.
J'aurai l'occasion, dans de prochains articles, de revenir plus en détails
sur la mise en oeuvre de ces deux approches avec l'exploitation de vidéos
issues de drones et l'exploitation de vidéos 360° terrestres.
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