La photogrammétrie

La photogrammétrie est un procédé qui permet de modéliser en 3 dimensions une scène qui a été au préalable prise en photo de plusieurs points de vue. Toute la technique réside dans le fait de faire corréler les images pour avoir un rendu cohérent. Elle était utilisée de base pour représenter les montagnes et les reliefs de la terre. Avec l’avancée technologique, il est possible d’utiliser la photogrammétrie pour des images numériques.

Principe de la photogrammétrie

Le principe général est basé sur la perception humaine du relief par l’observation stéréoscopique. Dans le cas de la photogrammétrie aérienne, un aéronef équipé d’une chambre d’observation survole une zone de sorte que des parties du terrain apparaissent sur deux lentilles correspondant à deux positions différentes de l’aéronef.

Si nous utilisons les outils optiques appropriés pour observer simultanément une photo avec un œil et l’autre avec l’autre œil, nous pouvons voir clairement la surface terrestre vue sur les deux images.

La vision humaine voit les images en 2 dimensions. Cependant, si on place ces dernières exactement dans la même position où elles ont été prises, alors l’image stéréo observée est exactement la même que le terrain réel capturé. Elle est donc vue comme étant en 3 dimensions, à la seule condition que le studio soit parfait ou que l’image ait été corrigée de sa distorsion.

Puis pour utiliser cette scène stéréoscopique, le dispositif de restauration superpose un point sur chaque image. L’œil humain l’interprète comme un petit objet dont la position peut se déplacer à volonté au-dessus du terrain à modéliser. Ce point est adapté grâce à des commandes. Le technicien se chargera donc de faire passer ce ballon à travers toutes les images de l’objet à mesurer, et l’appareil archivera toutes les informations numériques qui en résulteront.

Si nous voulons que la modélisation observée soit une réplique exacte de l’objet mesuré, de nombreux points de l’image doivent être contraints en les forçant à se trouver dans des positions similaires à leurs positions sur l’objet. Pour un binôme stéréo donné, l’affichage nécessite 6 points connus pour rendre l’image parfaitement répliquée. Ces points seront mesurés : ce procédé s’appelle la préparation stéréo.

Historique de cet art

La première photogrammétrie a eu lieu en 1849 sur la façade de l’hôtel des invalides. Elle a été réalisée par Aimé Laussedat, un officier de l’armée française. Il voulait photographier les paysages pour les mesurer. Il conçut une technique qui sera nommée plus tard la photogrammétrie.

Un deuxième personnage important rentre en jeu dans l’évolution de cette technique de modélisation. C’est Félix Tournachon appelé aussi Nadar. Dans les années 1960, il monta en ballon pour photographier Paris et d’autres villes, c’est à ce moment-là qu’il comprit que le domaine de la photographie aérienne était bel et bien le futur que ce soit pour le militaire ou le civil.

La photogrammétrie est donc une invention française. Cependant, elle a été développée et industrialisée chez les Allemands.

Avant la Première Guerre mondiale cette technique n’était pas utilisée, car elle n’avait vraiment pas de lieu d’application précis. Pendant la période 1918-1939, elle prit une tout autre tournure. Il fallait développer l’aviation militaire et c’était la technique la plus efficace pour faire des photographies aériennes. De plus, à la fin de la Seconde Guerre mondiale, ce système se popularise pour créer des cartes des pays tout entier.

De nos jours, la photogrammétrie est toujours utilisée dans des domaines comme l’aérospatiale, le jeu vidéo ou encore la robotique. Car il est maintenant beaucoup plus simple de prendre des photos aériennes grâce à des drones.

Équipement nécessaire pour un scan 3D

Les photos prises pour concevoir une modélisation doivent être de très bonne qualité, c’est pourquoi les photos sont souvent prises en avion sur des axes verticaux. Il y a quelques décennies, les caméras étant moins performantes, il fallait des objectifs de 24 cm x 24 cm.

Les images prisent par avion son numérique et ça depuis 1990, c’est grâce aux travaux des pionniers de l’IGN. Les caméras utilisées sont des CCD avec énormément de pixels à peu près 25’000 pixels par face.

Les photos peuvent aussi être prises du sol avec un certain type de matériel de moins bonne facture comme des appareils photo lambda. Ce matériel est souvent utilisé dans la photogrammétrie de relevés architecturaux dans le domaine industriel.

Depuis quelques années, l’avancée technologique a permis de faciliter la prise de photos avec l’aide des photos numériques et plus mécaniques.

À l’heure actuelle l’appareil utilisé est un ordinateur. Les photos sont dans un premier temps numérisées et ensuite, elles sont insérées dans l’appareil qui les présente avec un système de vision stéréoscopique sur écran. Le technicien est donc assisté par des outils informatiques nouveaux comme la corrélation automatique.

Dans quel domaine la photogrammétrie est-elle utilisée ?

La photogrammétrie était d’abord utilisée dans l’aérien, et c’est toujours le cas.

Elle aide principalement pour des modélisations 3D, des cartographies, des prises de vues spatiales. On pourrait citer Google Earth qui est une photogrammétrie à échelle planétaire.

Mais elle est utilisée dans une très grande variété de domaines, tels que la géologie, la topographie, l’archéologie, les SIG, les investigations de police, l’architecture ou encore la cartographie.

Il y a aussi la photogrammétrie terrestre utilisée pour faire des relevés de monuments ou de structures architecturales.

La photogrammétrie subaquatique est elle aussi très courante dans le milieu des sous-marins.

La photogrammétrie dans les jeux vidéo. Certains jeux se veulent réalistes, c’est pourquoi ils doivent représenter certains espaces comme tels. Et pour avoir un rendu “réel”, il utilise la photogrammétrie. Comme dans Assassin’s Creed Unity où Ubisoft a recréé Notre-Dame de Paris à l’intérieur du jeu.

Le futur de la photogrammétrie

Ça fait déjà plus de 170 ans que ce principe existe et pourtant, il est de plus en plus utilisé dans des domaines allant du spatial au jeu vidéo.

Nous allons être confrontés à ce procédé encore davantage dans le futur par le biais du cinéma, des applications mobiles, etc…

Bref tout ce qui touche à la modélisation de structure ou relief déjà existant va être facilité par la photogrammétrie.