Photogrammétrie

Durée

30h Th, 15h Pr

Nombre de crédits

Enseignant

Yves Cornet

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Théorie
I. Introduction (rappels historiques, définition, but)

II. Exploitation d'une photographie
1. Caractéristiques d'une photographie aérienne
2. Concepts géométriques de la projection centrale
3. Référentiels
4. Gerbe perspective et colinéarité
5. Relation fondamentale de l'optique géométrique
6. Objet éloigné (p'=f)
7. Echelle de la photographie

III. Exploitation de deux photographies (couple stéréoscopique)
1. Stéréo-photogrammétrie, référentiels, recouvrement, base, points homologues
2. Quelques rappels de levés (levé direct et levé indirect ou base courte) et les liens avec la photogrammétrie

IV. Redressement photographique  
V. Principes de la stéréo-photogrammétrie aérienne  
VI. Equation fondamentale de la parallaxe  
VII. Exploitation de l'équation de la parallaxe transversale

VIII. Déformations d'un modèle stéréo-photogrammétrique

IX. Orientation interne  
X. Orientation relative analogique empirique
XI. Orientation absolue  
XII. La photogrammétrie analytique

XIII. Création de documents épipolaires, automatisation de la recherche de points homologues, a production de MNS et d'ortho-images

XIV. Précisions en stéréo-photogrammétrie  
XV. Préparation d'une mission  
Travaux pratiques
Les séances de travaux pratiques sont réalisés en autonomie contrôlée.
Un couple stéréocopique de photographies scannées ou d'images numériques aériennes, des points de contrôle au sol en coordonnées 3D connues et le certificat de calibration de la chambre photogrammétric sont fournis aux étudiants.
Ils disposent par ailleurs d'une série d'exécutables programmé en VBA par A. Collignon, du logiciel DDPS développé dans notre unité et de codes Matlab et Octave développés par Y. Cornet.
Il leur est demandé de réaliser, à l'aide des differents outils logiciels, les différentes étapes de la procédure photogrammétrique. Ils doivent aussi restituer quelques objets en 3D et valider les résultats. Une comparaison de la précision résultant de cette validation avec les précisions attendues a priori sur base des caractéristiques géométrique du vol et des acquisitions, d'une part, et du certificat de calibration, d'autre part, doit aussi être réalisée.
Les étudiants doivent ensuite rédiger un rapport qui servira de base à l'évaluation de leurs connaissances théoriques.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

L'étudiant sera capable de
* Comprendre le modèle géométrique d'acquisiton de photographies aérienne (modèle perspectif - projection centrale).
* Comprendre l'intérêt de la calibration de la chambre photogrammétrique et de l'application du modèle de calibration lors de l'orientation intérieure.
* Comprendre la formation du modèle stéréoscipique 3D obtenu par l'orientation relative (colinéarité, coplanarité, condition d'échelle).
* Comprendre les transformations géométriques de l'orientation absolue à partir de coordonnées 3D résultant des deux opérations précédente, les orientations interne et relative.
* Comprendre les transformations géométriques du calcul de coordonnées épipolaires à partir de coordonnées 3D résultant des orientations interne et relative.
* Comprendre l'intérêt du passage aux coordonnées épipolaires pour la recherche automatisée de points homologues et la procédure de calcul de MNS et d'ortho-images.
* Apréhender la problématique de l'incertitude géométrique a priori et a posteriori.
A l'exception de l'aérotriangulation impliquant plus d'un couple, l'ensemble des procédures étudiées devraient permettre aux étudiants de gérer un projet photogrammétrique opérationnel, dans le milieu professionnel, avec la rigueur indispensable et grâce à la compréhension parfaite des techniques en exploitant des solutions logiciels professionnelles généralement disponibles dans ce milieu.
Ce cours constitue une prérequis au cours "Complément de photogrammétrie" dispensé en Bloc 2 du Master. Ce cours spécialisé portera sur la photogrammétrie rapprochée (DLT p. ex.), l'aérotriangulation, la photogrammétrie satellitaire exploitant des capteurs numériques linéaires. Pendant ce cours spécialisé, les étudiants auront l'occasion de programmer certaines solutions sous Matlab, Octave ou Python et de manupuler des logiciels de photogrammétie gratuits (MicMac développé par l'ENSG p. ex.).

Savoirs et compétences prérequis

Le cours exploite des notions de géométrie et de calcul matriciel du cours de mathématique. Des notions d'optique géométrique du cours de physique et d'ajustement par moindres carrés des cours de méthodes numeriques, de statistiques et de théorie des erreurs constituent d'autres pré- ou co-requis. En outre, plusieurs notions des cours de télédétection et les capatcité à la progammation développées pendant les cours d'informatioque des années de Bac sont aussi exploitées.
Enfin, le mode de réflexion et la rigueur d'analyse développés lors des cours à caractère scientifique des trois années de Bac et des études secondaires constituent évidemment des atouts indéniables pour suivre ce cours de photogrammétrie et atteindre le niveau de performance exigé dans le monde professionnel.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Le cours théorique est de type ex cathedra. De nombreux rappels complémentaires aux supports numériques mis à la disposition des étudiants sont réalisés au tableau noir. Au début de chaque séance une période de 15 minutes est prévue afin que les étudiants puissent poser des questions sur la matière expliquée lors de la séance précédente.
Les travaux pratiques qui commencent après le cours théorique sont réalisés en autonomie contrôlée. L'accent est mis sur l'aspect manipulation technique des deux outils logiciels mis à la disposition des étudiants en établissant un lien fort avec les concepts théoriques. La procédure photogrammétrique complète doit être exécutée à l'aide des logiciels mis à disposition. Au terme des travaux pratiques, les étudiants doivent rédiger un rapport décrivant les procédures techniques et démontrant la bonne compréhension de la signification des inputs et outputs de chaque étape. Les spécificités des solutions techniques proposées par chaque outil logiciel doivent aussi être relevées et expliquées.
Il faut aussi signaler que les étudiants peuvent installer sur leur PC les outils logiciels mis à leur disposition (Scripts MatLab et Octave, exécutalbes VBA, DDPS - Didactical Digital Photogrammetric Software, MicMac). Ces outils logiciels et les manuels explicatifs des méthodes de calcul et d'utilisation sont accessibles sur eCampus.
Pour analyser les données de référence (points cotés), il leur est recommandé d'utiliser le logiciel Quantum GIS.
Pour sélectionner les points homologues sur les images, ils peuvent exploiter le viewer gratuit Erdas Viewfinder ou le logiciel Idrisi qui leurs sont rendu disponibles. La licence d'utilisation de ce logiciel via le VPN de l'ULg.
Pour obtenir l'information sur l'accès à Idrisi et d'autres outils logiciels, ils peuvent consulter l'adresse web suivante : http://www.gitan.ulg.ac.be/cms.
S'ils le désirent, les étuidants peuvent volontairement  découvrir un autre environnement de travail que celui des travaux pratiques.
S'ils désirent accéder aux salles informatisées B5a/4/18 et B5a/2/35 pour s'exercer ou avancer dans leur projet de travaux pratiques, ils peuvent prendre contact avec le staff de l'Unité de Géomatique.

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Il s'agit d'un enseignement présentiel.
Les séances de cours théorique de type ex cathedra et de travaux pratiques en autonomie contrôlée se déroulent le jour prévu dans l'horaire des cours (http://www.facsc.ulg.ac.be/cms/c_253095/fr/horaires) dans le local B5a/2/35 ou B5a/4/18.
La présence aux séances de travaux pratiques est obligatoire.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Karl Kraus, Peter Waldhäusl, 1998. Manuel de photogrammétrie. Principes et procédés fondamentaux. Hermès - Lavoisier, 406p. http://www.eyrolles.com/Sciences/Livre/manuel-de-photogrammetrie-9782866016562.
Schenk T., 2005. Introduction to Photogrammetry. The Ohio State University course. http://www.mat.uc.pt/~gil/downloads/IntroPhoto.pdf.
Logiciel MicMac et documenation. http://logiciels.ign.fr/?Micmac.

Modalités d'évaluation et critères

Une auto-évaluation non-certificative permanente est assurée pendant les séances pratiques d'exercices par une interaction forte entre étudiants et enseignants.
L'évaluation certificative est réalisée de façon orale. Les questions posées à l'étudiant sont inspirées des imperfections du rapport de travaux pratiques. Le nombre de questions est fonction de la gravité de ces imperfections. Les étudiants reçoivent leurs questions et l'évaluation du rapport en début d'examen et préparent leurs réponses à livre ouvert. Ils exposent ensuite leurs réponses oralement en exploitant éventuellement le tableau noir pour expliquer les équations et réaliser des schémas et graphiques.
La durée de l'examen (préparation et exposé compris) n'excède pas la demi-journée.
Cette procédure standard d'évaluation peut être modifiée en accord avec les étudiants qui en seront alors tenu au courant.
Les critères d'évaluation sont les suivants : clarté, cohérence, logique, rigueur, précision, exhaustivité, concision, pertinence, transversalité (au sein du cours et entre cours), qualité des interprétations mathématiques (signification mathématique des différents coefficients des équations p. ex.), physiques (dimensions et unités, ordre de grandeur - scaling, p. ex.) et géographiques (interaction spatio-temporelle mono et multivariées et nature - type - et signification des variables p. ex.).
Le sens critique vis à vis des données utilisées (qualification, nature, signification, représentativité, normalisation ...) et des choix méthodologiques (justification des choix  des méthodes, des seuils adaptés, ...) sera également pris en considération lors de l'évaluation.
Par ailleurs, les réponses seront aussi évaluées sur base de la qualité et l'originalité des illustrations graphiques car l'expression graphique constitue la spécificité du scientifique. Elle permet de démontrer la bonne compréhension du phénomène. Enfin, tout enrichissement d'une réponse par une culture scientifique personnelle diversifiées constituera aussi un facteur d'évaluation de l'excellence.

Stage(s)

Néant

Remarques organisationnelles

Néant

Contacts

Yves CORNET, Chargé de Cours
Unité de Géomatique, Allée du 6 Août, 17 (B5a), 4000 Liège
Tél. 04 3665371
Mail : ycornet@ulg.ac.be
Web: http://139.165.44.35/cms/index.php

Notes en ligne