Orthophotographie

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Exemple d'orthophotographie issue de World Wind : ici la prison d'Alcatraz.

Les orthophotographies ou orthoimages sont des images aériennes ou satellitales de la surface terrestre rectifiées géométriquement et égalisées radiométriquement. Ces images se présentant sous forme de dalles couvrant une zone de la Terre peuvent être géoréférencées dans n'importe quel système de coordonnées. Elles servent de fonds cartographiques dans les Systèmes d'information géographique.

Les logiciels Google Earth et World Wind sont de bons exemples d'outils utilisant des orthophotographies en fond cartographique.

Définition[modifier | modifier le code]

Orthophotographie Noir et Blanc de la confluence du Missouri et du Mississippi

On appelle orthophotographie ou plus communément orthophoto une image obtenue par traitement d’un cliché aérien numérique ou argentique dont la géométrie a été redressée de sorte que chaque point soit superposable à une carte plane qui lui correspond. En d'autres termes, une orthophotographie semble être prise à la verticale de tous les points qu'elle figure, ces points étant situés sur un terrain parfaitement plat.

Trois opérations de rectifications sont à considérer lors du calcul de l'orthophotographie à partir d'un cliché aérien stéréoscopique :

  1. Corriger l'inclinaison de la prise de vue,
  2. Aplanir le terrain, c'est-à-dire rectifier l'inclinaison des objets due aux pentes (relief),
  3. Corriger l'erreur de parallaxe commise à la visée, ainsi que les déformations optiques des objectifs et appareils utilisés.

Souvent, les entreprises spécialisées tiennent compte du point 1. et 2. mais pas du 3. qui implique des calculs beaucoup plus complexes. Les orthophotographies résultantes comportent alors du dévers (particulièrement le bâti).

Usages des orthophotographies[modifier | modifier le code]

Les orthophotographies sont utilisées dans des domaines variés et pour de nombreuses applications. Elles permettent l'identification d'objets, et la mesure planimétrique.

Domaines d'utilisation[modifier | modifier le code]

Applications concernées[modifier | modifier le code]

Les différentes étapes de la fabrication[modifier | modifier le code]

Orthophotographie satellitale du Radiotélescope d'Arecibo à Puerto Rico

Prendre les photographies[modifier | modifier le code]

La première étape de fabrication d'une orthophotographie est de collecter un ensemble de photos couvrant un territoire. Ces photographies aériennes sont prises à partir d'une caméra montée sur un avion spécialement équipé. Pour obtenir une image tridimensionnelle et pouvoir repérer les pentes, chaque zone est prise depuis deux points de vue légèrement décalés en conservant la même altitude. Ainsi, chaque photo recouvre 60 % de la précédente prise de vue selon 2 angles différents, ce qui permet la prise en compte des déformations du relief. Un plan de vol très précis suivant des axes parallèles et un respect de l'altitude sont donc essentiels pour assurer le recouvrement idéal.

De plus, les conditions temporelles et météorologiques sont prises en compte. Les prises de vue sont réalisées à la mi-journée pour minimiser les ombres attribuables à la position du soleil. De même, un temps clair, sans nuage ni brume ni fumée est préférable pour prendre les photos.

La caméra utilisée peut être de type numérique, permettant de s'affranchir de l'étape suivante, consistant à scanner les clichés argentiques. Les prises de vue sont généralement effectuées en mode couleur, mais il est également possible d'acquérir en noir et blanc ou en infrarouge.

Numériser les clichés aériens[modifier | modifier le code]

Le film obtenu à l'étape précédente est développé et des diapositives sont produites pour toutes les photos prises durant la campagne de vol. Chaque diapositive est alors numérisée grâce à un scanneur photogrammétrique avec une résolution de 22,5 ou 15 micromètres afin d'obtenir des images numériques non rectifiés. Cependant, ces images ne correspondent pas à la réalité, il faut corriger les erreurs présentes durant la prise de vue. Trois opérations de rectifications sont alors mises en œuvre.

Corriger géométriquement les photos scannées[modifier | modifier le code]

Pour corriger les erreurs de prise de vue, les photographies numériques subissent trois opérations.

  • Calculer leur orientation dans l’espace pour prendre en compte des déformations introduites par la distorsion de l’appareil photo, l’inclinaison lors de la prise de vue, et lors de la numérisation
  • Calculer le relief grâce au Modèle numérique de terrain (MNT),
  • puis ortho-rectifier les images pour corriger les erreurs inhérentes au relief.

Améliorer les couleurs[modifier | modifier le code]

La prochaine étape consiste à assurer une homogénéité de la saturation des couleurs et des contrastes pour avoir des images continues et homogènes. Ce processus d'équilibre chromatique est nommé processus de correction radiométrique.

Assembler les images et réaliser une mosaïque[modifier | modifier le code]

Enfin, toutes les photos sont regroupées puis assemblées selon une grille pour former un mosaïquage. Pour assurer des raccords nets entre les différentes photos, les bords de feuille et les superpositions sont gommées. On obtient alors un dallage dont les différents éléments se jouxtent sans superposition ni trous.

Le détourage final permet d'obtenir une zone photographique précise ortho-rectifiée et radiométriquement homogène.

L'effet de déplacement (ou dévers)[modifier | modifier le code]

Effets de déplacement lors d'une prise de vue orthophotographique

Le problème majeur lors de la prise de vue aérienne est l'effet de déplacement lié à la projection perspective, surtout en milieu urbain. En effet, plus un élément (bâtiment, édifice, tour…) est haut plus l'effet de la perspective est visible. Cet effet est nul au centre de la photographie mais progresse de façon plus ou moins linéaire en s'écartant du centre. De plus, cet effet est aussi dépendant de l'altitude de vol et de l'échelle de la photographie aérienne.

Cet effet de perspective est souvent à l'origine d'occlusion de l'image par des bâtiments hauts.

Pour minimiser cet effet de déplacement, il existe traditionnellement deux solutions. La plus courante est d'utiliser la position centrale de la photographie puisque c'est cette partie qui est le moins sujette aux effets de déplacement. Mais cela suppose de larges prises de vue et de forts recouvrements entre les différentes prises de vue. La deuxième solution est de prendre des clichés de haute altitude afin de réduire l'effet de perspective et d'être le plus possible à la verticale.

Plus récemment a été introduite la notion d'orthorectification vraie : non seulement le relief du terrain est redressé verticalement, mais également le sursol comme le bâti, la végétation, les ouvrages d'art. Il est pour cela nécessaire de fabriquer un Modèle Numérique de Surface intégrant l'altitude de tous ces éléments, et pas seulement du sol nu (tel que représenté par le MNT). L'orthorectification vraie requiert cependant une prise de vue aérienne avec de forts recouvrements entre clichés, et des algorithmes plus complexes pour gérer les parties cachées.

Voir aussi[modifier | modifier le code]