Réduire les écarts grâce aux points de contrôle (GCP)
En photogrammétrie, les points de contrôle (en anglais GCP – Ground Control Points) sont utilisés pour orienter et rectifier les images afin de minimiser les erreurs pendant le calcul des orthophotos ou des modèles 3D. Ce sont des éléments placés au sol, facilement identifiables sur une photographie et dont on connaît les coordonnées précises en X, Y, Z.
Pour les besoins de la photographie aérienne, les repères doivent se distinguer des autres éléments et être visibles à plusieurs dizaines de mètres de hauteur. Dans le cas présenté ci-dessous, nous avons utilisé des bornes OGE oranges facilement visibles à 15 mètres. À travers cette étude de cas, nous allons mettre en évidence tout l’intérêt de l’utilisation de ces points de contrôle.
Le cas d’un diagnostic archéologique
En archéologie préventive, pour compléter le levé topographique, on utilise la photogrammétrie par drone qui a l’avantage de coloriser les points en fonction de leur teinte naturelle. D’un point de vue technique, on obtient les éléments suivants :
- modèle numérique de terrain (MNT)
- orthophotographie (format GeoTIFF)
- nuage de points dense (format LAS)
- modélisation 3D (PLY, OBJ, Potree)
Le cas présenté ici se situe à Bech-Kleinmacher (Luxembourg) avec le projet de construction d’un lotissement le long de la rue de Remich. Les terrains sont composés de prés, d’espaces boisés, de vergers et de jardins, parfois en friche. Bech-Kleinmacher est installée en rive gauche de la Moselle, partiellement sur les coteaux orientés à l’Est.
Le protocole photographie + topographie
Afin de produire une orthophotographie des vestiges, des tranchées et de l’emprise du diagnostic, une mission programmée en drone est effectuée, avec des prises de vue à 15 mètres de hauteur. Au préalable, quatre repères sont disposés au sol aux extrémités de l’emprise, et leurs coordonnées (LUREF) sont levées au GPS différentiel :
cible1 > 93540.281 , 66627.718 , 144.449
cible2 > 93561.816 , 66623.451 , 144.274
cible3 > 93590.265 , 66768.469 , 143.176
cible4 > 93557.445 , 66775.252 , 143.973
ptst07 > 93575.554 , 66678.926 , 142.877
ptst37 > 93557.611 , 66713.041 , 142.867
En plus des quatre repères initiaux, on décide de retenir deux coordonnées supplémentaires (ptst07 et ptst37) à l’intérieur de l’emprise pour atténuer les déformations de l’orthophoto pendant le calcul. Voici le plan de vol avec les points de contrôle (GCP) :
La mission programmée en drone a été réalisée lorsque les conditions étaient réunies : toutes les tranchées étaient ouvertes et les vestiges apparents étaient numérotés. De plus, le soleil voilé a permis d’éviter des effets d’ombres sur les photos. L’analyse du plan de vol se résume ainsi :
Un comparatif des images obtenues
Dans un premier temps, les calculs ont été réalisés sans tenir compte des points de contrôle, en se basant uniquement sur les coordonnées GPS stockées dans les données EXIF des photos.
Dans un deuxième temps, les coordonnées des points de contrôle ont été intégrées dans le processus, les résultats sont assez concluants :
Sur ces images, on voit clairement que le calcul sans les coordonnées des points de contrôle produit une déformation « en cuvette » (en anglais Bowl Effect) du nuage de points, ainsi qu’une forte inclinaison du terrain, ce qui ne correspond aucunement à la réalité.
Sur l’image suivante, l’utilisation d’une échelle de couleurs (celle-ci nommée Viridis) permet d’apprécier encore plus les différences et les aberrations déjà pressenties sur le modèle 3D.
Sur l’image ci-dessus, la première représentation nous montre une dépression (anomalie) en bordure Est de l’emprise, laquelle pourrait être interprétée (à tort) comme le point le plus bas du site. En réalité, comme on le voit sur la version corrigée, les points les plus profonds du chantier se situent bien à l’intérieur des tranchées de diagnostic.
Nous voyons donc ici tout l’intérêt de l’utilisation des points de contrôle (GCP) : ils garantissent une restitution fidèle de l’altimétrie du terrain, tout en améliorant le positionnement du sujet dans son système planimétrique.
Pour finir, voici le rendu 3D généré par PotreeConverter à partir des 224 photographies de la mission programmée et calculé à partir du nuage de points obtenu sous WebODM : 227010_Bech_AnDerWis (version corrigée).
L’orthophoto, exploitable dans un SIG, est disponible sur ce lien : 227010_RueDeRemich_ORTHO.zip (format GeoTIFF).