SlideShare une entreprise Scribd logo
Cours de Lasergrammétrie
1
SOMMAIRE
2
1. Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe
II. Modes d’acquisition d’un Scanner Laser Terrestre
III. Les caractéristiques d’un SLT
IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT
V. Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
Lidar: définition
❖ Le « LiDAR», de l’anglais « Light Detection And Ranging » est un capteur actif
qui, par la mesure du temps de propagation aller-et-retour d'un rayonnement
lumineux émis par un laser, permet de déterminer la position et la distance
d'une cible par rapport à l'émetteur.
❖ Lidar est utilisé pour la mesure des distances, la détection et éventuellement la
localisation de constituants des milieux rencontrés. Le terme LiDAR se traduit
en français par détection et télémétrie par la lumière.
❖ Le principe du LiDAR est une transposition, dans le domaine lumineux, de la
technique du RADAR (Radio Detection And Ranging), qui s'applique au domaine
radio. Néanmoins, ces deux domaines sont distincts puisque les ondes
électromagnétiques que ces deux dispositifs exploitent sont de nature différente.
3
❖ Le système LiDAR est une nouvelle technique d’acquisition d’informations 3D,
celle-ci possède une conception et des outils qui lui sont propres. Il est alors
possible de la considérer comme une branche à part entière dans le domaine
de la télédétection. Cette branche pourrait alors être appelée la «
lidargrammétrie » ou encore la « lasergrammétrie ».
❖ Lasergrammétrie est une technique qui utilise le rayonnement laser pour
balayer une zone directement et rapidement à partir d’une station laser fixée à
bord d’une plate-forme aérienne ou terrestre. Elle génère un nuage de points
3D (X, Y, Z), dont la densité peut être très élevée. De plus, elle est capable
d’enregistrer l’intensité laser de chaque point mesuré.
Lidar: définition
4
Aperçu sur le Laser
❑ LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
❑ Un laser est fondamentalement un amplificateur de lumière fonctionnant
grâce à l'émission stimulée dont la sortie est branchée sur l'entrée.
❑ L'amplificateur est un ensemble d'atomes que l'on « pompe » dans un état
excité, au moyen d'une source d'énergie extérieure. Ces atomes peuvent
alors se désexciter vers un niveau d’énergie inférieure, en émettant des
photons. Ainsi un rayonnement passant à travers ce milieu peut être amplifié.
❑ Le rayonnement sortant de l’amplificateur est rebouclé sur son entrée au
moyen de miroirs, qui constituent une « cavité » où la lumière est piégée.
❑ Un dispositif comme un miroir partiellement réfléchissant permet d'extraire
de la lumière de ce système, pour obtenir le rayonnement laser utilisable.
5
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe
Un scanner laser terrestre est un instrument actif en position terrestre
qui permet l’émission d’un signal lumineux et la réception du faisceau
réfléchi par une surface d’objet. Il est appelé « statique » lorsque la
position du scanner, ou station, au moment de l’acquisition est fixe
(Yoo, 2011).
De façon classique, le balayage à l’aide d’un LiDAR statique se fait selon deux
directions perpendiculaires.
I. 1- Généralités
6
❑ L’instrument est composé d’un télémètre laser pour transmettre et acquérir
un faisceau, d’un ou plusieurs composants de déviation du faisceau laser, de
systèmes de mesure des informations de distance et de direction, ainsi qu’une
partie pour traiter et enregistrer les informations transmises.
❑ Les éléments de déviation assurent respectivement les mouvements
horizontaux et verticaux des miroirs du scanner. Avant de passer à la phase
de traitement, un premier produit est formé sous forme de matrice (DP)
dont chaque point est positionné selon ses angles de vue (φ, γ) et sa distance
par rapport au scanner.
I. 2- Scanner laser terrestre
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe
(a) matrice de pixels dont les comptes numériques représentent la distance scanner-objet, (b)
produit représenté sous forme d’un nuage de points en 3D 7
❑ La partie traitement consiste à extraire les coordonnées cartésiennes
tridimensionnelles (X, Y, Z) de chaque point en fonction de ses coordonnées
sphériques mesurées (r,φ,γ).
I. 2- Scanner laser terrestre
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe
𝑋 = 𝑟. 𝑐𝑜𝑠𝛾. 𝑐𝑜𝑠𝜑
𝑌 = 𝑟. 𝑐𝑜𝑠𝛾. 𝑠𝑖𝑛𝜑 (1.1)
𝑍 = 𝑟. 𝑠𝑖𝑛𝛾
Avec :
r : la distance mesurée,
φ : l’angle horizontal
γ : l’angle vertical.
Coordonnées sphériques d’un scanner laser
terrestre
8
❑ Le nuage de points est le résultat issu d’un relevé par un Scanner Laser
Terrestre SLT.
❑ C’est un ensemble de millions de points qui épousent les détails relevés.
Chaque point résulte de l’impact du laser sur une surface qui renseigne sur les
coordonnées tridimensionnelles du point et sa réflectivité.
❑ Un nuage de points peut contenir des composantes colorimétriques si le
scanner laser est doté d’une caméra numérique intégrée ou externe.
Pour résumer, un nuage de points apportera les informations suivantes :
✔ Coordonnées tridimensionnelles rattachées au système du scanner
(local ou géoréférencé).
✔ Les composantes couleurs RVB issues d’un recalage du nuage de point
et des images couleur.
✔ La valeur d’intensité de l’onde retour, appelée aussi intensité laser.
I. 3- Nuage de points
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe
9
1.3.1 – nuage de points colorisé
❑ Afin qu’un nuage de points résultant des scanners laser terrestres fournisse
une information sur les couleurs des surfaces d’objets, une caméra est
introduite pour l’obtention des images couleur.
I. 3- Nuage de points
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe
Principe de
l’orientation
relative
O : origine du repère terrain,
R : rotation entre le repère terrain et le repère image,
T : translation entre le repère terrain et le repère image,
f : la distance focale associée à l’image.
La projection d’un point 3D (P) dans l’image s’exprime par :
10
1.3.1 – nuage de points colorisé
I. 3- Nuage de points
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe
Nuage de points colorisé d’une porte de la mosquée
Hassan II
11
1.3.2 – Intensité laser
I. 3- Nuage de points
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe
Le scanner laser terrestre mesure la valeur d’intensité de l’onde retour des
faisceaux laser émis conjointement aux mesures d’angles et de distances.
Cette valeur correspond à la réflectance des objets.
L’intensité représente la quantité du rayonnement réfléchi par
rapport au rayonnement émis. Une partie du rayonnement réfléchi
retourne au détecteur.
La relation entre la puissance transmise (PT) et la puissance reçue (PR) du
rayon laser pour une cible située sur une surface normale permet d’analyser
le rapport signal-sur-bruit .
Elle est présentée par l’équation suivante:
Avec
ρ : le coefficient de réflexion de la surface de l'objet (0 <ρ <1),
D : le diamètre de la lentille réceptrice du scanner,
r : la distance scanner-objet,
ηatm et ηsys : les facteurs de transmission de l'atmosphère et du système. Ils représentent
les pertes causées par la propagation du faisceau à travers le système optique et
l'atmosphère.
12
La variation de l’intensité laser est identifiable dans le fichier brut du nuage et
peut être représentée visuellement selon une plage de couleur relative à
chaque scanner
I. 3- Nuage de points
1-
Caractéristiques
d’un
système
LiDAR
terrestre
fixe 1.3.2 – Intensité laser
Nuage de points d’une porte de la mosquée Hassan II avec
une variation d’intensité laser
13
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
Le mode d’acquisition du nuage de points est variable en
fonction du principe physique de la télémétrie laser dont
dépend la mesure de la distance. Il existe plusieurs
procédés de mesure de distance, Ceux qui sont adaptés
aux scanners laser terrestres peuvent être classés en
systèmes de mesure à temps de vol, à différence de phase
et à triangulation
14
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
❑ Ce mode d’acquisition permet la mesure du temps de trajet aller-retour
parcouru par un faisceau laser.
❑ Ce type de scanner est équipé d'un distancemètre, qui se compose d’un
émetteur laser et d’un récepteur laser, une horloge pour mesurer le temps,
ainsi qu’un émetteur et un récepteur optique permettant le balayage de
l’objet.
❑ Connaissant le temps de trajet (Δt) pour un aller-retour d’une impulsion
laser entre le scanner et le point d’impact sur l’objet visé, la vitesse de
propagation de l'onde C0 et l’indice de réfraction du milieu traversé étant
connus, la distance D0 parcourue peut être déduite par la formule suivante:
II. 1- Temps de vol
Avec
D0 : Distance parcourue
n : Indice de réfraction
Δ𝑡 : Temps de parcours
C0 : Vitesse de propagation de l’onde
15
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
II. 1- Temps de vol
4. L’impulsion réfléchie se dirige vers la réception
optique et le minuteur s’arrête. Ce temps de
parcours, la connaissance de la vitesse de la lumière
et les angles du miroir sont utilisés pour déterminer
les coordonnées XYZ.
1. L’émetteur laser génère une impulsion et
commence le minuteur
2. Le miroir en rotation dévie le faisceau
Distance
3. Le faisceau
laser touche
l'objet puis il est
réfléchi
Parcours du faisceau laser dans le cas d’une mesure de distance
par temps de vol
16
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
II. 1- Temps de vol
Scanners laser à temps de vol respectivement de gauche à droite (du haut en
bas) : Optech ILRIS 3D, LeicaC10, RieglVZ400, TrimbleGX3D, Callidus CP 3200
(Optech, Leica, Riegl, Trimble, Callidus).
17
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
II. 2- Différence de phase
Pour ce type de scanners, l'émission de lumière est modulée en amplitude ou en
fréquence. La différence de phase est mesurée entre les formes d'onde envoyées
et reçues.
❑ En amplitude, cette technique consiste à faire varier l’amplitude de l’onde
émise par une diode laser et à mesurer la différence de phase entre le signal
émis et le signal rentrant. La mesure de phase est habituellement effectuée en
utilisant une technique de comptage d'impulsions numériques qui permet
d’identifier la partie fractionnaire de l’onde (Δλ).
18
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
II. 1- Différence de phase
Le calcul de la distance entre le scanner et l’objet est assuré par l’équation
suivante
Avec
D : Distance parcourue
M : Nombre de cycles
Δλ : Différence de phase
λ : Longueur d’onde de modulation.
2D = M λ +Δλ
19
II. 2- Différence de phase
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
Des scanners laser à différence de phase : Z+F Imager 5006, Leica HDS 6200,
Leica Série P, Faro Focus 3D (Z+F imager, Leica, Faro) 20
❑ Dans ce cas, le scanner laser se compose d'un émetteur laser et
d'une caméra CCD.
❑ La technique repose sur l’observation d’un rayon laser émis par
une diode laser à l’aide d’un système optique récepteur décalé par
rapport à l’émetteur.
❑ La caméra enregistre la position du point visé par le laser. Comme
la distance entre l'émetteur et le récepteur est connue, de même
que les angles d’émission et de réception, la position du point visé
peut être déterminée par un calcul de résolution de triangle
II. 3- Triangulation
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
21
❑ La triangulation consiste à mesurer la distance par calcul angulaire. En
métrologie, un capteur projette un faisceau laser sur un objet. La lumière
réfléchie atteint un élément récepteur sous un angle (α) qui est fonction
de la distance (d).
II. 3- Triangulation
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
❑ La distance (d) entre l’objet et le télémètre laser est calculée dans le
capteur à partir de la position du points lumineux sur l’élément récepteur
et à partir de la distance (b) séparant l’émetteur du récepteur.
d = b * tan(α)
22
II. 2- Triangulation
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
Des scanners laser à triangulation respectivement de gauche à droite :
Scan control 29x0, Smart 3D V5, Soicic (Micro-epsilon, Perceptron, Mensi).
23
Au niveau de la planification de la mission de relevé, une multitude de
contraintes se présentent et orientent éventuellement le choix du
mode d’acquisition adéquat au projet.
Parmi ces contraintes, nous retrouvons l’étendue et l’éloignement
de la zone, le nombre de stations, la densité de points requise,
le niveau de détails à relever, etc.…
Recommandations pour le choix du type de scanner
laser:
❑ Pour les grandes étendues et éloignées, les scanners à temps de
vol sont recommandés.
❑ Pour les étendues moyennes peu éloignées et les objets avec des
détails architecturaux, les scanners à différence de phase sont
adaptés.
❑ Pour les objets de petite dimension avec des détails architecturaux
et proches les scanners à triangulation sont appropriés.
II.
Modes
d’acquisition
d’un
SLT
24
❑ La fenêtre d’acquisition, ou FOV (Field Of View), correspond au champ de
vision des scanners terrestres définissant l’espace maximal qu’on peut
balayer avec les faisceaux laser.
❑ Elle est contrôlée par un système optique regroupant des miroirs qui
permettent la déviation des rayons lasers dans les directions horizontales
et verticales.
On peut différencier deux groupes de SLT selon la fenêtre d’acquisition:
✔ Les scanners panoramiques qui permettent de relever
l’environnement complet autour de la station;
✔ Les scanners « caméra » limités par des champs étroits.
25
III.
Les
caractéristiques
d’un
SLT
III. 2- La fenêtre d’acquisition
Les scanners « caméra »
Dans ce type de scanners, l’acquisition est effectuée par l’intermédiaire de deux
miroirs synchronisés. Le premier est destiné à la déviation horizontale des
rayons, alors que le second sert à la déviation verticale.
❑ L’avantage de cette technologie est que les deux miroirs peuvent être
positionnés individuellement, ce qui permet d’avoir une précision angulaire
satisfaisante et surtout une bonne définition de la résolution.
❑ Actuellement la fenêtre d’acquisition des scanners « caméra » est de l’ordre
de 360° H * 100°V (Riegl VZ 400).
Les scanners panoramiques
❑ Ils s’appuient sur un dispositif de rotation autour de l’axe central de
la station pour effectuer le balayage.
❑ Ils comportent un seul miroir qui procure les déviations verticales.
❑ Le champ visuel résultant est de 360° horizontalement pour 320° en
vertical.
❑ La différence de 40° au niveau de la direction verticale est liée aux
limites de conception mécanique des scanners (sous le scanner au
sol).
26
III. 2- La fenêtre d’acquisition
III.
Les
caractéristiques
d’un
SLT
❑ La résolution est un paramètre décisif dans l’évaluation de la
performance d’un SLT et la planification de la mission de
relevé.
❑ Du point de vue prestataires de service, la résolution décrit la
capacité de détection d’objets voisins et donc leurs
visualisations distinctes dans les nuages de points.
❑ D’un point de vue technique, on peut différencier deux
paramètres majeurs en lien avec la résolution :
La résolution linéaire
❑ La résolution linéaire est liée à la détection des petits
changements brusques en distance et à la distinction entre
deux objets sur la même ligne de visée du scanner.
❑ Autrement dit, si on est sur la même ligne de visée, l’objet
derrière ne peut pas être vu. Cette résolution dépend
particulièrement de la précision sur la mesure de distance du
SLT.
27
III. 3- La résolution
III.
Les
caractéristiques
d’un
SLT
La résolution angulaire
❑ C’est la capacité de distinction de deux objets sur des lignes
de visées adjacentes.
❑ Elle est traduite par le pas angulaire du scanner laser
horizontalement et verticalement pour une distance donnée.
Cette résolution dépend, principalement de la précision
angulaire du scanner et de la taille du spot.
❑ La résolution est choisie avant de commencer le balayage
laser. C’est un facteur qui détermine le nombre de points
relevés par rapport à une surface (ou densité).
La résolution peut être choisie en fonction des conditions
d’acquisition, comme la portée et l’angle d’inclinaison entre le
faisceau laser et la surface à balayer. Le choix peut aussi se faire
en tenant compte des niveaux de détails et des édifices à relever,
en tenant compte de leurs complexités et de leur état de
conservation.
28
III. 3- La résolution
III.
Les
caractéristiques
d’un
SLT
29
III. 3- La résolution
III.
Les
caractéristiques
d’un
SLT
La résolution d’un scanner laser
terrestre
Différences de résultats selon la densité de points choisie : (a) objet à scanner;
(b) balayage avec faible densité de points; (c) balayage avec forte densité de points
30
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
❑ L’acquisition d’un nuage de points 3D n’est autre que le
relevé par scanner laser.
❑ Son avantage par rapport au relevé topographique est
que nous ne faisons pas un choix préalable des objets à
lever.
❑ L’interprétation est alors faite lors du traitement du
nuage de points (Queste, 2006).
❑ Au niveau de la phase de balayage (appelé aussi phase de
numérisation ou scannage), il faut bien identifier les
paramètres du relevé à savoir la résolution, la portée et
l’espacement entre les stations de relevé.
❑ Généralement, la zone à lever ne peut pas être
numérisée à partir d’une seule station.
31
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 1- La phase d’acquisition
❑ L’ajout des stations de levé s’avère indispensable dans la mesure où
la surface à scanner est assez importante et que des obstacles
bloquent la vision à partir d’un seul point de vue (figure ci-dessous).
❑ Lorsque nous nous retrouvons dans le cas d’un relevé avec plusieurs
stations, il est essentiel de concevoir une approche, un moyen ou un
outil qui permettra la consolidation (assemblage).
❑ L’utilisation des cibles réfléchissantes ou des points de coordonnées
connues présente une solution pour faciliter la liaison entre les
stations de numérisation.
32
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 1- La phase d’acquisition
Stratégie
d'acquisition
❑ Après la phase d’acquisition, le produit est sous forme d’un nuage de
points 3D.
❑ A partir de la visualisation du produit brut, nous pouvons distinguer
une description assez rigoureuse des détails d’un ouvrage
quelconque.
❑ La manipulation d’un très grand nombre de points ainsi que
l’exploitation de ce type d’information relève souvent du défi
technologique.
❑ Comme il a été signalé dans la phase d’acquisition, la géométrie des
objets ainsi que la nature du relief imposent la multiplication du
nombre des stations et par conséquent, le résultat consiste en
plusieurs nuages de points non recalés dont chacun peut compter
plusieurs millions de données ponctuelles.
❑ Ces données nécessitent un traitement spécial pour être
rassemblées dans le même système de référence.
33
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement
❑ L’assemblage appelée aussi le recalage 3D/3D ou consolidation ou
mise en correspondance de plusieurs nuages dont les positions dans
l’espace sont quelconques, est une étape fondamentale qui précède
toutes les étapes de modélisation.
❑ L’assemblage est la transformation de plusieurs nuages de points
dans un système de coordonnées commun, qui peut être celui d’un
des nuages de points initial.
❑ Des auteurs notent que pour recaler deux nuages de points, ils
doivent avoir une zone de recouvrement, comme le cas des stéréo-
modèles en photogrammétrie. Normalement, les nuages de points se
chevauchent deux à deux. Il est également possible que trois ou
plusieurs nuages de points se chevauchent pour former la zone de
recouvrement .
34
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement
L’assemblage
35
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement
L’assemblage
Il existe plusieurs approches pour déterminer les paramètres de
transformation, par conséquent, plusieurs approches
d’assemblage à savoir:
❑ L’utilisation des cibles spéciales (fournies par le fabricant du
scanner) visibles dans les deux nuages de points ;
❑ L’utilisation des points homologues sur des détails figurant dans les
nuages de points ;
❑ L’utilisation d'objets géométriques communs (par exemple, des
plans, des cylindres, etc.).
36
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement
Le géoréférencement
❑ Le géoréférencement est la transformation des nuages de points du système
de coordonnées local (celui du scanner) à un système de coordonnées
géodésiques.
❑ Certaines prestations qui font appel aux relevés par scanner laser exigent
un rattachement à un système de référence global.
❑ Le choix de la méthode du géoréférencement à adopter dépend de deux
facteurs principaux : la complexité de la forme de l’objet scanné et la
précision requise.
A) Le géoréférencement direct
❑ Le géoréférencement direct est une phase qui consiste à calculer et
introduire les coordonnées connues des stations et parfois des cibles.
❑ Les informations de position et d'orientation ainsi que la hauteur de
l'instrument peuvent être saisies dans le logiciel du scanner avant le
balayage, ou utilisées au cours du traitement des données.
❑ Utilisation des scanners dits topographiques. La nouvelle génération de
scanners topographiques (ex. Leica C10) permet de s’orienter facilement
soit à l’aide de visées des cibles stationnées (procédés similaires aux
stations totales) ou en matérialisant un récepteur GPS au-dessus du
scanner lui-même dans la direction de son axe principal.
37
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement
Le
géoréférencement
A) Le géoréférencement direct
❑ Méthodes utilisées habituellement en topographie. La précision du
géoréférencement sera toujours liée à celle des opérations topographiques
préalables.
❑ Il est également possible d'effectuer un cheminement avec les scanners
laser modernes d'une manière similaire à la station totale. Le
géoréférencement direct est une méthode traditionnelle qui n’impose pas
l’usage de zones de recouvrement et qui est très familière aux géomètres.
❑ L’usage des scanners topographiques est particulièrement efficace pour le
relevé des sites de grandes étendues, comme les relevés des routes et des
chemins de fer ou parfois dans des projets d’auscultation de sites.
Antenne GPS associée au scanner
C10 de Leica
38
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement
Le
géoréférencement
A) Le géoréférencement indirect
❑ Parfois, les scanners sont moins riches en fonctionnalités, ce qui pousse à
réaliser un géoréférencement indirect.
❑ Dans un géoréférencement indirect, nous utilisons souvent des cibles avec
des coordonnées connues dans le système géodésique.
❑ La relation entre les deux systèmes est décrite, comme dans le cas de la
transformation entre deux systèmes de coordonnées du scanner, par six
paramètres de transformation.
❑ Afin de déterminer de façon unique les six paramètres de transformation, il
faut connaître au moins six coordonnées dans les deux systèmes, répartis
sur trois points non colinéaires.
❑ En pratique, nous utilisons trois ou plusieurs cibles connues en
coordonnées 3D et qui sont placées sur ou près de l'objet scanné.
❑ Selon les auteurs, le géoréférencement indirect est la méthode la plus
précise.
39
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Nettoyage
❑ La phase de prétraitement est souvent une étape nécessaire à l’obtention de
données cohérentes. L’objectif est de réduire le bruit en appliquant un
processus de correction et/ou de suppression de points faux et indésirables
dans le nuage, afin de ne conserver que les points supposés d’intérêt.
❑ Points indésirables en présence d’obstacles occultant la façade, tels que les
véhicules, les arbres, les piétons .
40
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Nettoyage
❑ En scannant une façade ayant des ouvertures transparentes telles que les
portes vitrées et les fenêtres, le faisceau laser pénètre dans les pièces et
génère des points situés à l’intérieur des locaux .
a) Vue latérale b) vue d’en haut
41
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Nettoyage
❑ Ces points « intérieurs » sont moins difficiles à écarter que les points
provenant d’obstacles.
❑ Les points couvrant les obstacles (arbres, voitures) d’une part gênent le
traitement des données laser, mais surtout provoquent des ombres laser
(trous) dans le nuage de la façade, donc une discontinuité dans la densité de
points qui agira négativement sur les résultats ultérieurs.
❑ On parle de l’ombre laser par analogie à l’ombre radar. Elle caractérise la
zone de la surface balayée, dépourvue de points. Ce problème peut être
partiellement contourné par la multiplication des stations, à condition que
l’obstacle ne soit pas attenant à la façade.
42
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Nettoyage
❑ L’élimination des points indésirables peut être effectuée manuellement ou
automatiquement.
❑ Elimination manuelle 🡺 l’opérateur peut se servir d’un logiciel de traitement
proposant des outils interactifs de visualisation et de sélection de points.
❑ Ce logiciel permet de sélectionner et de supprimer manuellement la partie du
nuage contenant les points indésirables, à l’aide d’un outil de segmentation
interactif. Cette opération manuelle est simple et rapide à effectuer.
Néanmoins, dans un souci de rendement et de production de masse, les
processus automatiques sont préconisés.
43
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Nettoyage
❑ Les points d’intérêts peuvent être séparés de façon automatique des points
indésirables.
❑ Les points d’intérêt appartiennent à la surface de la façade, supposée verticale.
De plus, ces points forment la plus grande entité de points dans le plan
vertical.
❑ L’algorithme distingue ainsi deux classes de points : la classe des points
d’intérêt (points rouges) et la classe des points indésirables (points bleus).
44
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Segmentation
❑ La segmentation est une étape incontournable dans le processus menant à la
modélisation tridimensionnelle. Elle a pour objectif la séparation des objets
présents dans une scène en fonction de caractéristiques « homogènes » au
regard d’un certain nombre de critères .
❑ La segmentation est très connue dans le domaine de traitement d’images en
particulier la télédétection satellitaire. Le critère d’homogénéité le plus utilisé
peut se rapporter à la radiométrie de l’image.
❑ Dans le cas des données laser, l’homogénéité se rapporte en général à la
position des points en 3D. Un critère d’homogénéité pourrait ainsi être la
courbure ou la planéité décrite par un ensemble de points.
45
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Segmentation
46
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Segmentation
i. Segmentation basée sur le principe de regroupement de points
Cette famille regroupe les méthodes adoptant la technique de fusion pour
segmenter le nuage de points. Trois algorithmes méritent d’être détaillés : la
croissance de surface, la segmentation par profil de balayage et l’algorithme de
division-fusion.
i-1. Segmentation par croissance de région
❑ Pour l’appliquer, il est nécessaire d’identifier les « surfaces graines »
(seed surfaces en anglais) et les critères permettant leur croissance vers
les points voisins.
❑ La segmentation par croissance de surface est une agrégation progressive
des points selon le critère choisi.
47
❑ Etapes de l’algorithme de la segmentation par croissance de région
1) Un plan local est calculé sur un voisinage de n points pour chaque point 3D.
2) La fusion a lieu lorsque deux critères sont respectés simultanément : le critère
de co-normalité et le critère de coplanarité:
• Critère de co-normalité
• Critère de coplanarité
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT Segmentation
48
Exemple de résultat de segmentation de façades d’un bâtiment après
application de l’algorithme de croissance de région
Nuage de points
Résultat de la segmentation
par croissance de région
49
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT Segmentation
i-2. Segmentation par profils de balayage
❑ Cette méthode part de l’idée que les points d’un profil du nuage appartenant
à une surface plane constituent des droites en 3D.
❑ Cette segmentation démarre par la séparation des profils verticaux du nuage.
Celle-ci peut être réalisée en profitant du mode de balayage du scanner.
❑ Le balayage s’effectue par profils verticaux en incrémentant, entre deux lignes,
l’angle horizontal d’une constante spécifique.
50
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT Segmentation
❑ Les profils composés de segments droits sont comparés à ceux des profils
voisins.
❑ Si les segments voisins sont dans le même plan, ils seront fusionnés selon les
mêmes critères que ceux employés dans l’algorithme de croissance de
surface.
❑ Ce mode opératoire permet de regrouper des points proches ayant les
mêmes propriétés (même direction du vecteur normal calculé avec les plus
proches voisins).
❑ On peut considérer que cette méthode est une nouvelle variante de
l’algorithme de croissance de surface, puisqu’on peut considérer ici que les
graines de départ sont des lignes et non pas des surfaces.
i-2. Segmentation par profils de balayage
51
V - Techniques et méthodes de prétraitement
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT Segmentation
❑ Les algorithmes de segmentation par division-fusion procèdent par éclatement
et regroupement de régions, organisées suivant un graphe d’adjacence.
❑ Le processus de division commence par le groupement de l’ensemble du nuage
de points dans un nœud racine.
❑ Le nœud racine est divisé en huit sous-ensembles égaux. Une autre division de
huit sera opérée pour tous les sous-ensembles ne vérifiant pas les critères
d’homogénéité. La division se poursuit jusqu’à ce que chaque nœud soit
homogène ajustant une forme 3D régulière (exemple: plan) ou contient moins
que trois points. Les critères d’homogénéité sont la proximité et surtout
l’ajustement plan du nuage de points.
❑ Les segments plans sont fusionné par la suite en se basant sur deux critères: la
proximité, de coplanarité et de Co-normalité.
i-3. Segmentation par division-fusion
52
Exemple de segmentation division fusion basée sur la structure octree
Deux niveaux de subdivisons selon la structure octree
Division du nuage de points d’une façade de bâtiment par un algorithme de
division-fusion s’appuyant sur la structure octree
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
V - Techniques et méthodes de prétraitement
Segmentation
i-3. Segmentation par division-fusion
53
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
V - Techniques et méthodes de prétraitement
Segmentation
Cette segmentation est basée sur la reconnaissance de formes géométriques
dans les données.
▪ Deux algorithmes issus du domaine de la vision par ordinateur seront cités,
car ils sont largement utilisés lorsqu’il s’agit d’extraire des formes
géométriques à partir de données bruitées.
▪ Il s’agit du paradigme RANSAC (Fischler et Bolles, 1981) et de la
transformée de Hough (Hough, 1962).
▪ Ces deux techniques ont fait leur preuve pour la détection automatique de
primitives géométriques, même en présence d'une forte proportion de
valeurs aberrantes.
ii. Segmentation par reconnaissance de formes
Extraction des plans principaux par l’algorithme RANSAC
5
4
❑ Sélection d’un échantillonnage de trois
points
❑Calcul des paramètres du plan
a1x + a2y + a3z + a4 = 0
❑ Evaluation de la correspondance des points
dist(p, plan) ≤ ds
❑ Recherche du cardinal de points appartenant
au modèle et calcul du nombre des itérations
N
Cardinal maximal 🡺 Meilleur plan
IV.
Les
étapes
de
réalisation
d’un
projet
par
SLT
Segmentation
ii. Segmentation par reconnaissance de formes
55
▪ Le but de la modélisation à partir d’un nuage de points est de construire et de
créer des liens entre des points caractéristiques afin de construire un tout, qui
peut être un bâtiment, une façade ou tout autre objet.
▪ Les techniques de modélisation couramment utilisées sont en général les
méthodes de modélisation par maillage et les méthodes de modélisation
géométrique.
Modélisation de surface
V
-
Modélisation
de
surfaces
à
partir
d’un
nuage
de
points
56
▪ La modélisation par maillage est utilisée généralement pour modéliser des objets
complexes, c'est-à-dire difficiles à paramétrer du point de vue mathématique.
▪ Les algorithmes utilisés par ces méthodes sont en général des algorithmes de
triangulation, et des algorithmes des éléments finis.
▪ L’avantage majeur du maillage est qu’il permet d’aboutir à des modèles très
fidèles à l’objet relevé, en esquissant son allure par des facettes souvent
triangulaires.
▪ En pratique, les modélisations par maillage sont souvent recommandées pour
modéliser des objets à l’échelle de statues, ou à l’échelle d’édifices lorsque ceux-
ci contiennent beaucoup d’ornements architecturaux.
▪ L’inconvénient de cette méthode réside dans la lourdeur des fichiers finaux
qu’elle génère. En effet, les données ne sont pas optimisées, dans le sens où
même les surfaces de l’objet à géométrie simple telle que des plans, comportent
une densité de points semblable aux surfaces complexes.
Modélisation de surface par maillage
V
-
Modélisation
de
surfaces
à
partir
d’un
nuage
de
points
57
Exemple de Modélisation par maillage
photographie nuage de points modèle maillé
Modélisation de surface par maillage
V
-
Modélisation
de
surfaces
à
partir
d’un
nuage
de
points
58
▪ La modélisation géométrique est basée sur la construction des éléments
identifiables et descriptibles d’un point de vue mathématique dans le nuage de
points.
▪ Tout d’abord, il s’agit de construire le modèle à l’aide de primitives
géométriques (plan, cylindre, sphère,…) que l’algorithme tente de faire
correspondre au nuage de points.
▪ Ensuite, ces primitives géométriques subissent des opérations d’ordre
topologique, pour épouser le mieux possible le nuage de points en question.
▪ Cette méthode présente donc un gros avantage lié au fait que l’ensemble du
nuage est réduit à de simples formes géométriques décrites par quelques
paramètres, ce qui génère des fichiers bien plus légers que pour le maillage.
▪ contrairement à la modélisation par maillage, le modèle résultant de la
modélisation géométrique est plus sobre au niveau esthétique. Il représente
l’objet sous une forme géométrique parfaite , sans les dégradations qu’il a pu
subir au fil du temps.
Modélisation de surface par géométrie
V
-
Modélisation
de
surfaces
à
partir
d’un
nuage
de
points
59
photographie nuage de points modèle géométrique
Exemple de Modélisation par géométrie
Modélisation de surface par géométrie
V
-
Modélisation
de
surfaces
à
partir
d’un
nuage
de
points
60
Comparaison
photographie (surface réelle) modèle maillé modèle géométrique
Modèle tel que saisi Modèle tel que conçu
VI - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
V
-
Modélisation
de
surfaces
à
partir
d’un
nuage
de
points
61
Intérêts du balayage laser terrestre
❑ Limite l’accès aux zones dangereuses
❑ Acquisition sans contact
❑ Acquisition aisée des données
❑ Saisie de l’intégralité de la scène
❑ Coûts faibles des opérations
❑ Pas besoin de retourner sur le terrain pour compléter les données
❑ Gain de temps en termes d’acquisition (moins de temps d’acquisition par
rapport à la quantité de données acquise)
❑ Fiabilité des données
❑ Garantie le pouvoir de retracer la façade, notamment les coins de bâtiments
(par traitement du nuage de points), qu’un tachéomètre sans réflecteur pourrait
manquer.
❑ Garantie de “tout” acquérir
❑ Rentabilité
❑ Réduction du risque de devoir refaire le travail, du risque des imprévus
❑ Extraction possible de plusieurs types de produits (profiles, coupes, MNS…)
62
Domaines d’application du balayage laser terrestre
❑ Domaine industriel
❑ Génie Civil
❑ Préservation et restauration du Patrimoine
❑ Visualisation 3D
❑ Archéologie
❑ Architecture (modélisation des façades)
❑ Domaine forestier
❑ Infrastructures
❑ Topographie, Urbanisme, géodésie
❑ Contrôle des chantiers de travaux publics
❑ Suivi de phénomènes évolutifs (fronts rocheux, érosion)
❑ Calcul de profiles, surfaces et volumes
❑ Réalité virtuelle
63
Types de balayage laser terrestre
Statique : mise en station
d’un scanner laser
(sol, bâtiment…)
Mobile : plateforme mobile (voiture,
charrette…)
Scanner laser + système de navigation
64
V- Système de cartographie mobile
65
Software pour les TP.
⚫http://www.3dreshaper.com/fr/software-
fr/telechargement-software/anciennes-
versions
« choisir version 3DReshaper 2013 (8.0) »
3DReshaper Application 8.0.1.9911 (release
32bits) et (release 64bits) - juillet, 26 2013 - 210Mo -
détails.
66

Contenu connexe

Similaire à cours-LasergrammetrieLe « LiDAR», de l’anglais « Light.pptx

Article extraction de route
Article extraction de routeArticle extraction de route
Article extraction de route
Ibtissam Zaaj
 
Communication sattelite.pptx
Communication sattelite.pptxCommunication sattelite.pptx
Communication sattelite.pptx
SofianeBENHAMZA
 
Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)
Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)
Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)
kmichel69
 
Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1
Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1
Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1
OHagolle
 
SIG et GPS / GNSS: Concepts de base
SIG et GPS / GNSS: Concepts de baseSIG et GPS / GNSS: Concepts de base
SIG et GPS / GNSS: Concepts de base
IDGEO
 
L'imagerie satellitaire, une source d'information incontournable
L'imagerie satellitaire, une source d'information incontournableL'imagerie satellitaire, une source d'information incontournable
L'imagerie satellitaire, une source d'information incontournable
VisionGEOMATIQUE2014
 
Magister bouderba
Magister bouderbaMagister bouderba
Magister bouderba
Yasmina Bouderba
 
Holographie numérique hors axe
Holographie numérique hors axeHolographie numérique hors axe
Holographie numérique hors axe
Ludovic Depraeter
 
La radionavigation
La radionavigationLa radionavigation
La radionavigation
Alchimiste Havier
 
Cnc 2009 mp_physique_1_corrige
Cnc 2009 mp_physique_1_corrigeCnc 2009 mp_physique_1_corrige
Cnc 2009 mp_physique_1_corrige
elmanssouri
 
Mesures otdr
Mesures  otdrMesures  otdr
Mesures otdr
Salvator Fayssal
 
MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE DE...
MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE  DE...MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE  DE...
MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE DE...
Abou Bakeur Ghehioueche
 
Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...
Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...
Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...
ACSG Section Montréal
 
Long resume in French v3
Long resume in French v3Long resume in French v3
Long resume in French v3
Luca Lorenzi
 
Long resume in French v3
Long resume in French v3Long resume in French v3
Long resume in French v3
Luca Lorenzi
 
Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...
Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...
Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...
Flavio Falcinelli
 
Radio Astronomie amateur
Radio Astronomie amateurRadio Astronomie amateur
Radio Astronomie amateur
Flavio Falcinelli
 
Traitement des données de télédétection
Traitement des données de télédétectionTraitement des données de télédétection
Traitement des données de télédétection
ddansine
 
Topométrie mesures des distance
Topométrie mesures des distanceTopométrie mesures des distance
Topométrie mesures des distance
Mouhssine Toni
 

Similaire à cours-LasergrammetrieLe « LiDAR», de l’anglais « Light.pptx (20)

Article extraction de route
Article extraction de routeArticle extraction de route
Article extraction de route
 
Communication sattelite.pptx
Communication sattelite.pptxCommunication sattelite.pptx
Communication sattelite.pptx
 
Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)
Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)
Xavier BRIOTTET : Activités sur l'ensemble du domaine optique (0.4-12 µm)
 
Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1
Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1
Cours Physique de la mesure Télédétection optique, Partie 1
 
SIG et GPS / GNSS: Concepts de base
SIG et GPS / GNSS: Concepts de baseSIG et GPS / GNSS: Concepts de base
SIG et GPS / GNSS: Concepts de base
 
L'imagerie satellitaire, une source d'information incontournable
L'imagerie satellitaire, une source d'information incontournableL'imagerie satellitaire, une source d'information incontournable
L'imagerie satellitaire, une source d'information incontournable
 
Magister bouderba
Magister bouderbaMagister bouderba
Magister bouderba
 
Version 01
Version 01Version 01
Version 01
 
Holographie numérique hors axe
Holographie numérique hors axeHolographie numérique hors axe
Holographie numérique hors axe
 
La radionavigation
La radionavigationLa radionavigation
La radionavigation
 
Cnc 2009 mp_physique_1_corrige
Cnc 2009 mp_physique_1_corrigeCnc 2009 mp_physique_1_corrige
Cnc 2009 mp_physique_1_corrige
 
Mesures otdr
Mesures  otdrMesures  otdr
Mesures otdr
 
MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE DE...
MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE  DE...MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE  DE...
MODÉLISATION DU CLUTTER DE MER À HAUTE RÉSOLUTION EN UTILISANT UN MÉLANGE DE...
 
Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...
Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...
Entre le LiDAR, l'imagerie stéréoscopique et les MNA gratuits, comment s'y re...
 
Long resume in French v3
Long resume in French v3Long resume in French v3
Long resume in French v3
 
Long resume in French v3
Long resume in French v3Long resume in French v3
Long resume in French v3
 
Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...
Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...
Radio Astronomie Amateur: construisez un radio télescope micro ondes avec le ...
 
Radio Astronomie amateur
Radio Astronomie amateurRadio Astronomie amateur
Radio Astronomie amateur
 
Traitement des données de télédétection
Traitement des données de télédétectionTraitement des données de télédétection
Traitement des données de télédétection
 
Topométrie mesures des distance
Topométrie mesures des distanceTopométrie mesures des distance
Topométrie mesures des distance
 

Dernier

Auguste Herbin.pptx Peintre français
Auguste   Herbin.pptx Peintre   françaisAuguste   Herbin.pptx Peintre   français
Auguste Herbin.pptx Peintre français
Txaruka
 
1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x
NadineHG
 
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdfA1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
lebaobabbleu
 
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGESGUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
DjibrilToure5
 
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdfMÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
lebaobabbleu
 
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
NadineHG
 
Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale  La famille de Sophie (12).pdfCompréhension orale  La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
lebaobabbleu
 
Bonnard, Pierre et Marthe.pptx
Bonnard,     Pierre     et    Marthe.pptxBonnard,     Pierre     et    Marthe.pptx
Bonnard, Pierre et Marthe.pptx
Txaruka
 

Dernier (8)

Auguste Herbin.pptx Peintre français
Auguste   Herbin.pptx Peintre   françaisAuguste   Herbin.pptx Peintre   français
Auguste Herbin.pptx Peintre français
 
1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x
 
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdfA1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
 
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGESGUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
 
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdfMÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
 
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
 
Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale  La famille de Sophie (12).pdfCompréhension orale  La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
 
Bonnard, Pierre et Marthe.pptx
Bonnard,     Pierre     et    Marthe.pptxBonnard,     Pierre     et    Marthe.pptx
Bonnard, Pierre et Marthe.pptx
 

cours-LasergrammetrieLe « LiDAR», de l’anglais « Light.pptx

  • 2. SOMMAIRE 2 1. Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe II. Modes d’acquisition d’un Scanner Laser Terrestre III. Les caractéristiques d’un SLT IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT V. Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
  • 3. Lidar: définition ❖ Le « LiDAR», de l’anglais « Light Detection And Ranging » est un capteur actif qui, par la mesure du temps de propagation aller-et-retour d'un rayonnement lumineux émis par un laser, permet de déterminer la position et la distance d'une cible par rapport à l'émetteur. ❖ Lidar est utilisé pour la mesure des distances, la détection et éventuellement la localisation de constituants des milieux rencontrés. Le terme LiDAR se traduit en français par détection et télémétrie par la lumière. ❖ Le principe du LiDAR est une transposition, dans le domaine lumineux, de la technique du RADAR (Radio Detection And Ranging), qui s'applique au domaine radio. Néanmoins, ces deux domaines sont distincts puisque les ondes électromagnétiques que ces deux dispositifs exploitent sont de nature différente. 3
  • 4. ❖ Le système LiDAR est une nouvelle technique d’acquisition d’informations 3D, celle-ci possède une conception et des outils qui lui sont propres. Il est alors possible de la considérer comme une branche à part entière dans le domaine de la télédétection. Cette branche pourrait alors être appelée la « lidargrammétrie » ou encore la « lasergrammétrie ». ❖ Lasergrammétrie est une technique qui utilise le rayonnement laser pour balayer une zone directement et rapidement à partir d’une station laser fixée à bord d’une plate-forme aérienne ou terrestre. Elle génère un nuage de points 3D (X, Y, Z), dont la densité peut être très élevée. De plus, elle est capable d’enregistrer l’intensité laser de chaque point mesuré. Lidar: définition 4
  • 5. Aperçu sur le Laser ❑ LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ❑ Un laser est fondamentalement un amplificateur de lumière fonctionnant grâce à l'émission stimulée dont la sortie est branchée sur l'entrée. ❑ L'amplificateur est un ensemble d'atomes que l'on « pompe » dans un état excité, au moyen d'une source d'énergie extérieure. Ces atomes peuvent alors se désexciter vers un niveau d’énergie inférieure, en émettant des photons. Ainsi un rayonnement passant à travers ce milieu peut être amplifié. ❑ Le rayonnement sortant de l’amplificateur est rebouclé sur son entrée au moyen de miroirs, qui constituent une « cavité » où la lumière est piégée. ❑ Un dispositif comme un miroir partiellement réfléchissant permet d'extraire de la lumière de ce système, pour obtenir le rayonnement laser utilisable. 5
  • 6. 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe Un scanner laser terrestre est un instrument actif en position terrestre qui permet l’émission d’un signal lumineux et la réception du faisceau réfléchi par une surface d’objet. Il est appelé « statique » lorsque la position du scanner, ou station, au moment de l’acquisition est fixe (Yoo, 2011). De façon classique, le balayage à l’aide d’un LiDAR statique se fait selon deux directions perpendiculaires. I. 1- Généralités 6
  • 7. ❑ L’instrument est composé d’un télémètre laser pour transmettre et acquérir un faisceau, d’un ou plusieurs composants de déviation du faisceau laser, de systèmes de mesure des informations de distance et de direction, ainsi qu’une partie pour traiter et enregistrer les informations transmises. ❑ Les éléments de déviation assurent respectivement les mouvements horizontaux et verticaux des miroirs du scanner. Avant de passer à la phase de traitement, un premier produit est formé sous forme de matrice (DP) dont chaque point est positionné selon ses angles de vue (φ, γ) et sa distance par rapport au scanner. I. 2- Scanner laser terrestre 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe (a) matrice de pixels dont les comptes numériques représentent la distance scanner-objet, (b) produit représenté sous forme d’un nuage de points en 3D 7
  • 8. ❑ La partie traitement consiste à extraire les coordonnées cartésiennes tridimensionnelles (X, Y, Z) de chaque point en fonction de ses coordonnées sphériques mesurées (r,φ,γ). I. 2- Scanner laser terrestre 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe 𝑋 = 𝑟. 𝑐𝑜𝑠𝛾. 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑌 = 𝑟. 𝑐𝑜𝑠𝛾. 𝑠𝑖𝑛𝜑 (1.1) 𝑍 = 𝑟. 𝑠𝑖𝑛𝛾 Avec : r : la distance mesurée, φ : l’angle horizontal γ : l’angle vertical. Coordonnées sphériques d’un scanner laser terrestre 8
  • 9. ❑ Le nuage de points est le résultat issu d’un relevé par un Scanner Laser Terrestre SLT. ❑ C’est un ensemble de millions de points qui épousent les détails relevés. Chaque point résulte de l’impact du laser sur une surface qui renseigne sur les coordonnées tridimensionnelles du point et sa réflectivité. ❑ Un nuage de points peut contenir des composantes colorimétriques si le scanner laser est doté d’une caméra numérique intégrée ou externe. Pour résumer, un nuage de points apportera les informations suivantes : ✔ Coordonnées tridimensionnelles rattachées au système du scanner (local ou géoréférencé). ✔ Les composantes couleurs RVB issues d’un recalage du nuage de point et des images couleur. ✔ La valeur d’intensité de l’onde retour, appelée aussi intensité laser. I. 3- Nuage de points 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe 9
  • 10. 1.3.1 – nuage de points colorisé ❑ Afin qu’un nuage de points résultant des scanners laser terrestres fournisse une information sur les couleurs des surfaces d’objets, une caméra est introduite pour l’obtention des images couleur. I. 3- Nuage de points 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe Principe de l’orientation relative O : origine du repère terrain, R : rotation entre le repère terrain et le repère image, T : translation entre le repère terrain et le repère image, f : la distance focale associée à l’image. La projection d’un point 3D (P) dans l’image s’exprime par : 10
  • 11. 1.3.1 – nuage de points colorisé I. 3- Nuage de points 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe Nuage de points colorisé d’une porte de la mosquée Hassan II 11
  • 12. 1.3.2 – Intensité laser I. 3- Nuage de points 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe Le scanner laser terrestre mesure la valeur d’intensité de l’onde retour des faisceaux laser émis conjointement aux mesures d’angles et de distances. Cette valeur correspond à la réflectance des objets. L’intensité représente la quantité du rayonnement réfléchi par rapport au rayonnement émis. Une partie du rayonnement réfléchi retourne au détecteur. La relation entre la puissance transmise (PT) et la puissance reçue (PR) du rayon laser pour une cible située sur une surface normale permet d’analyser le rapport signal-sur-bruit . Elle est présentée par l’équation suivante: Avec ρ : le coefficient de réflexion de la surface de l'objet (0 <ρ <1), D : le diamètre de la lentille réceptrice du scanner, r : la distance scanner-objet, ηatm et ηsys : les facteurs de transmission de l'atmosphère et du système. Ils représentent les pertes causées par la propagation du faisceau à travers le système optique et l'atmosphère. 12
  • 13. La variation de l’intensité laser est identifiable dans le fichier brut du nuage et peut être représentée visuellement selon une plage de couleur relative à chaque scanner I. 3- Nuage de points 1- Caractéristiques d’un système LiDAR terrestre fixe 1.3.2 – Intensité laser Nuage de points d’une porte de la mosquée Hassan II avec une variation d’intensité laser 13
  • 14. II. Modes d’acquisition d’un SLT Le mode d’acquisition du nuage de points est variable en fonction du principe physique de la télémétrie laser dont dépend la mesure de la distance. Il existe plusieurs procédés de mesure de distance, Ceux qui sont adaptés aux scanners laser terrestres peuvent être classés en systèmes de mesure à temps de vol, à différence de phase et à triangulation 14
  • 15. II. Modes d’acquisition d’un SLT ❑ Ce mode d’acquisition permet la mesure du temps de trajet aller-retour parcouru par un faisceau laser. ❑ Ce type de scanner est équipé d'un distancemètre, qui se compose d’un émetteur laser et d’un récepteur laser, une horloge pour mesurer le temps, ainsi qu’un émetteur et un récepteur optique permettant le balayage de l’objet. ❑ Connaissant le temps de trajet (Δt) pour un aller-retour d’une impulsion laser entre le scanner et le point d’impact sur l’objet visé, la vitesse de propagation de l'onde C0 et l’indice de réfraction du milieu traversé étant connus, la distance D0 parcourue peut être déduite par la formule suivante: II. 1- Temps de vol Avec D0 : Distance parcourue n : Indice de réfraction Δ𝑡 : Temps de parcours C0 : Vitesse de propagation de l’onde 15
  • 16. II. Modes d’acquisition d’un SLT II. 1- Temps de vol 4. L’impulsion réfléchie se dirige vers la réception optique et le minuteur s’arrête. Ce temps de parcours, la connaissance de la vitesse de la lumière et les angles du miroir sont utilisés pour déterminer les coordonnées XYZ. 1. L’émetteur laser génère une impulsion et commence le minuteur 2. Le miroir en rotation dévie le faisceau Distance 3. Le faisceau laser touche l'objet puis il est réfléchi Parcours du faisceau laser dans le cas d’une mesure de distance par temps de vol 16
  • 17. II. Modes d’acquisition d’un SLT II. 1- Temps de vol Scanners laser à temps de vol respectivement de gauche à droite (du haut en bas) : Optech ILRIS 3D, LeicaC10, RieglVZ400, TrimbleGX3D, Callidus CP 3200 (Optech, Leica, Riegl, Trimble, Callidus). 17
  • 18. II. Modes d’acquisition d’un SLT II. 2- Différence de phase Pour ce type de scanners, l'émission de lumière est modulée en amplitude ou en fréquence. La différence de phase est mesurée entre les formes d'onde envoyées et reçues. ❑ En amplitude, cette technique consiste à faire varier l’amplitude de l’onde émise par une diode laser et à mesurer la différence de phase entre le signal émis et le signal rentrant. La mesure de phase est habituellement effectuée en utilisant une technique de comptage d'impulsions numériques qui permet d’identifier la partie fractionnaire de l’onde (Δλ). 18
  • 19. II. Modes d’acquisition d’un SLT II. 1- Différence de phase Le calcul de la distance entre le scanner et l’objet est assuré par l’équation suivante Avec D : Distance parcourue M : Nombre de cycles Δλ : Différence de phase λ : Longueur d’onde de modulation. 2D = M λ +Δλ 19
  • 20. II. 2- Différence de phase II. Modes d’acquisition d’un SLT Des scanners laser à différence de phase : Z+F Imager 5006, Leica HDS 6200, Leica Série P, Faro Focus 3D (Z+F imager, Leica, Faro) 20
  • 21. ❑ Dans ce cas, le scanner laser se compose d'un émetteur laser et d'une caméra CCD. ❑ La technique repose sur l’observation d’un rayon laser émis par une diode laser à l’aide d’un système optique récepteur décalé par rapport à l’émetteur. ❑ La caméra enregistre la position du point visé par le laser. Comme la distance entre l'émetteur et le récepteur est connue, de même que les angles d’émission et de réception, la position du point visé peut être déterminée par un calcul de résolution de triangle II. 3- Triangulation II. Modes d’acquisition d’un SLT 21
  • 22. ❑ La triangulation consiste à mesurer la distance par calcul angulaire. En métrologie, un capteur projette un faisceau laser sur un objet. La lumière réfléchie atteint un élément récepteur sous un angle (α) qui est fonction de la distance (d). II. 3- Triangulation II. Modes d’acquisition d’un SLT ❑ La distance (d) entre l’objet et le télémètre laser est calculée dans le capteur à partir de la position du points lumineux sur l’élément récepteur et à partir de la distance (b) séparant l’émetteur du récepteur. d = b * tan(α) 22
  • 23. II. 2- Triangulation II. Modes d’acquisition d’un SLT Des scanners laser à triangulation respectivement de gauche à droite : Scan control 29x0, Smart 3D V5, Soicic (Micro-epsilon, Perceptron, Mensi). 23
  • 24. Au niveau de la planification de la mission de relevé, une multitude de contraintes se présentent et orientent éventuellement le choix du mode d’acquisition adéquat au projet. Parmi ces contraintes, nous retrouvons l’étendue et l’éloignement de la zone, le nombre de stations, la densité de points requise, le niveau de détails à relever, etc.… Recommandations pour le choix du type de scanner laser: ❑ Pour les grandes étendues et éloignées, les scanners à temps de vol sont recommandés. ❑ Pour les étendues moyennes peu éloignées et les objets avec des détails architecturaux, les scanners à différence de phase sont adaptés. ❑ Pour les objets de petite dimension avec des détails architecturaux et proches les scanners à triangulation sont appropriés. II. Modes d’acquisition d’un SLT 24
  • 25. ❑ La fenêtre d’acquisition, ou FOV (Field Of View), correspond au champ de vision des scanners terrestres définissant l’espace maximal qu’on peut balayer avec les faisceaux laser. ❑ Elle est contrôlée par un système optique regroupant des miroirs qui permettent la déviation des rayons lasers dans les directions horizontales et verticales. On peut différencier deux groupes de SLT selon la fenêtre d’acquisition: ✔ Les scanners panoramiques qui permettent de relever l’environnement complet autour de la station; ✔ Les scanners « caméra » limités par des champs étroits. 25 III. Les caractéristiques d’un SLT III. 2- La fenêtre d’acquisition Les scanners « caméra » Dans ce type de scanners, l’acquisition est effectuée par l’intermédiaire de deux miroirs synchronisés. Le premier est destiné à la déviation horizontale des rayons, alors que le second sert à la déviation verticale. ❑ L’avantage de cette technologie est que les deux miroirs peuvent être positionnés individuellement, ce qui permet d’avoir une précision angulaire satisfaisante et surtout une bonne définition de la résolution. ❑ Actuellement la fenêtre d’acquisition des scanners « caméra » est de l’ordre de 360° H * 100°V (Riegl VZ 400).
  • 26. Les scanners panoramiques ❑ Ils s’appuient sur un dispositif de rotation autour de l’axe central de la station pour effectuer le balayage. ❑ Ils comportent un seul miroir qui procure les déviations verticales. ❑ Le champ visuel résultant est de 360° horizontalement pour 320° en vertical. ❑ La différence de 40° au niveau de la direction verticale est liée aux limites de conception mécanique des scanners (sous le scanner au sol). 26 III. 2- La fenêtre d’acquisition III. Les caractéristiques d’un SLT
  • 27. ❑ La résolution est un paramètre décisif dans l’évaluation de la performance d’un SLT et la planification de la mission de relevé. ❑ Du point de vue prestataires de service, la résolution décrit la capacité de détection d’objets voisins et donc leurs visualisations distinctes dans les nuages de points. ❑ D’un point de vue technique, on peut différencier deux paramètres majeurs en lien avec la résolution : La résolution linéaire ❑ La résolution linéaire est liée à la détection des petits changements brusques en distance et à la distinction entre deux objets sur la même ligne de visée du scanner. ❑ Autrement dit, si on est sur la même ligne de visée, l’objet derrière ne peut pas être vu. Cette résolution dépend particulièrement de la précision sur la mesure de distance du SLT. 27 III. 3- La résolution III. Les caractéristiques d’un SLT
  • 28. La résolution angulaire ❑ C’est la capacité de distinction de deux objets sur des lignes de visées adjacentes. ❑ Elle est traduite par le pas angulaire du scanner laser horizontalement et verticalement pour une distance donnée. Cette résolution dépend, principalement de la précision angulaire du scanner et de la taille du spot. ❑ La résolution est choisie avant de commencer le balayage laser. C’est un facteur qui détermine le nombre de points relevés par rapport à une surface (ou densité). La résolution peut être choisie en fonction des conditions d’acquisition, comme la portée et l’angle d’inclinaison entre le faisceau laser et la surface à balayer. Le choix peut aussi se faire en tenant compte des niveaux de détails et des édifices à relever, en tenant compte de leurs complexités et de leur état de conservation. 28 III. 3- La résolution III. Les caractéristiques d’un SLT
  • 29. 29 III. 3- La résolution III. Les caractéristiques d’un SLT La résolution d’un scanner laser terrestre Différences de résultats selon la densité de points choisie : (a) objet à scanner; (b) balayage avec faible densité de points; (c) balayage avec forte densité de points
  • 31. ❑ L’acquisition d’un nuage de points 3D n’est autre que le relevé par scanner laser. ❑ Son avantage par rapport au relevé topographique est que nous ne faisons pas un choix préalable des objets à lever. ❑ L’interprétation est alors faite lors du traitement du nuage de points (Queste, 2006). ❑ Au niveau de la phase de balayage (appelé aussi phase de numérisation ou scannage), il faut bien identifier les paramètres du relevé à savoir la résolution, la portée et l’espacement entre les stations de relevé. ❑ Généralement, la zone à lever ne peut pas être numérisée à partir d’une seule station. 31 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 1- La phase d’acquisition
  • 32. ❑ L’ajout des stations de levé s’avère indispensable dans la mesure où la surface à scanner est assez importante et que des obstacles bloquent la vision à partir d’un seul point de vue (figure ci-dessous). ❑ Lorsque nous nous retrouvons dans le cas d’un relevé avec plusieurs stations, il est essentiel de concevoir une approche, un moyen ou un outil qui permettra la consolidation (assemblage). ❑ L’utilisation des cibles réfléchissantes ou des points de coordonnées connues présente une solution pour faciliter la liaison entre les stations de numérisation. 32 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 1- La phase d’acquisition Stratégie d'acquisition
  • 33. ❑ Après la phase d’acquisition, le produit est sous forme d’un nuage de points 3D. ❑ A partir de la visualisation du produit brut, nous pouvons distinguer une description assez rigoureuse des détails d’un ouvrage quelconque. ❑ La manipulation d’un très grand nombre de points ainsi que l’exploitation de ce type d’information relève souvent du défi technologique. ❑ Comme il a été signalé dans la phase d’acquisition, la géométrie des objets ainsi que la nature du relief imposent la multiplication du nombre des stations et par conséquent, le résultat consiste en plusieurs nuages de points non recalés dont chacun peut compter plusieurs millions de données ponctuelles. ❑ Ces données nécessitent un traitement spécial pour être rassemblées dans le même système de référence. 33 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement
  • 34. ❑ L’assemblage appelée aussi le recalage 3D/3D ou consolidation ou mise en correspondance de plusieurs nuages dont les positions dans l’espace sont quelconques, est une étape fondamentale qui précède toutes les étapes de modélisation. ❑ L’assemblage est la transformation de plusieurs nuages de points dans un système de coordonnées commun, qui peut être celui d’un des nuages de points initial. ❑ Des auteurs notent que pour recaler deux nuages de points, ils doivent avoir une zone de recouvrement, comme le cas des stéréo- modèles en photogrammétrie. Normalement, les nuages de points se chevauchent deux à deux. Il est également possible que trois ou plusieurs nuages de points se chevauchent pour former la zone de recouvrement . 34 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement L’assemblage
  • 35. 35 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement L’assemblage Il existe plusieurs approches pour déterminer les paramètres de transformation, par conséquent, plusieurs approches d’assemblage à savoir: ❑ L’utilisation des cibles spéciales (fournies par le fabricant du scanner) visibles dans les deux nuages de points ; ❑ L’utilisation des points homologues sur des détails figurant dans les nuages de points ; ❑ L’utilisation d'objets géométriques communs (par exemple, des plans, des cylindres, etc.).
  • 36. 36 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement Le géoréférencement ❑ Le géoréférencement est la transformation des nuages de points du système de coordonnées local (celui du scanner) à un système de coordonnées géodésiques. ❑ Certaines prestations qui font appel aux relevés par scanner laser exigent un rattachement à un système de référence global. ❑ Le choix de la méthode du géoréférencement à adopter dépend de deux facteurs principaux : la complexité de la forme de l’objet scanné et la précision requise. A) Le géoréférencement direct ❑ Le géoréférencement direct est une phase qui consiste à calculer et introduire les coordonnées connues des stations et parfois des cibles. ❑ Les informations de position et d'orientation ainsi que la hauteur de l'instrument peuvent être saisies dans le logiciel du scanner avant le balayage, ou utilisées au cours du traitement des données. ❑ Utilisation des scanners dits topographiques. La nouvelle génération de scanners topographiques (ex. Leica C10) permet de s’orienter facilement soit à l’aide de visées des cibles stationnées (procédés similaires aux stations totales) ou en matérialisant un récepteur GPS au-dessus du scanner lui-même dans la direction de son axe principal.
  • 37. 37 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement Le géoréférencement A) Le géoréférencement direct ❑ Méthodes utilisées habituellement en topographie. La précision du géoréférencement sera toujours liée à celle des opérations topographiques préalables. ❑ Il est également possible d'effectuer un cheminement avec les scanners laser modernes d'une manière similaire à la station totale. Le géoréférencement direct est une méthode traditionnelle qui n’impose pas l’usage de zones de recouvrement et qui est très familière aux géomètres. ❑ L’usage des scanners topographiques est particulièrement efficace pour le relevé des sites de grandes étendues, comme les relevés des routes et des chemins de fer ou parfois dans des projets d’auscultation de sites. Antenne GPS associée au scanner C10 de Leica
  • 38. 38 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT IV. 2- Techniques et méthodes de prétraitement Le géoréférencement A) Le géoréférencement indirect ❑ Parfois, les scanners sont moins riches en fonctionnalités, ce qui pousse à réaliser un géoréférencement indirect. ❑ Dans un géoréférencement indirect, nous utilisons souvent des cibles avec des coordonnées connues dans le système géodésique. ❑ La relation entre les deux systèmes est décrite, comme dans le cas de la transformation entre deux systèmes de coordonnées du scanner, par six paramètres de transformation. ❑ Afin de déterminer de façon unique les six paramètres de transformation, il faut connaître au moins six coordonnées dans les deux systèmes, répartis sur trois points non colinéaires. ❑ En pratique, nous utilisons trois ou plusieurs cibles connues en coordonnées 3D et qui sont placées sur ou près de l'objet scanné. ❑ Selon les auteurs, le géoréférencement indirect est la méthode la plus précise.
  • 39. 39 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Nettoyage ❑ La phase de prétraitement est souvent une étape nécessaire à l’obtention de données cohérentes. L’objectif est de réduire le bruit en appliquant un processus de correction et/ou de suppression de points faux et indésirables dans le nuage, afin de ne conserver que les points supposés d’intérêt. ❑ Points indésirables en présence d’obstacles occultant la façade, tels que les véhicules, les arbres, les piétons .
  • 40. 40 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Nettoyage ❑ En scannant une façade ayant des ouvertures transparentes telles que les portes vitrées et les fenêtres, le faisceau laser pénètre dans les pièces et génère des points situés à l’intérieur des locaux . a) Vue latérale b) vue d’en haut
  • 41. 41 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Nettoyage ❑ Ces points « intérieurs » sont moins difficiles à écarter que les points provenant d’obstacles. ❑ Les points couvrant les obstacles (arbres, voitures) d’une part gênent le traitement des données laser, mais surtout provoquent des ombres laser (trous) dans le nuage de la façade, donc une discontinuité dans la densité de points qui agira négativement sur les résultats ultérieurs. ❑ On parle de l’ombre laser par analogie à l’ombre radar. Elle caractérise la zone de la surface balayée, dépourvue de points. Ce problème peut être partiellement contourné par la multiplication des stations, à condition que l’obstacle ne soit pas attenant à la façade.
  • 42. 42 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Nettoyage ❑ L’élimination des points indésirables peut être effectuée manuellement ou automatiquement. ❑ Elimination manuelle 🡺 l’opérateur peut se servir d’un logiciel de traitement proposant des outils interactifs de visualisation et de sélection de points. ❑ Ce logiciel permet de sélectionner et de supprimer manuellement la partie du nuage contenant les points indésirables, à l’aide d’un outil de segmentation interactif. Cette opération manuelle est simple et rapide à effectuer. Néanmoins, dans un souci de rendement et de production de masse, les processus automatiques sont préconisés.
  • 43. 43 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Nettoyage ❑ Les points d’intérêts peuvent être séparés de façon automatique des points indésirables. ❑ Les points d’intérêt appartiennent à la surface de la façade, supposée verticale. De plus, ces points forment la plus grande entité de points dans le plan vertical. ❑ L’algorithme distingue ainsi deux classes de points : la classe des points d’intérêt (points rouges) et la classe des points indésirables (points bleus).
  • 44. 44 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation ❑ La segmentation est une étape incontournable dans le processus menant à la modélisation tridimensionnelle. Elle a pour objectif la séparation des objets présents dans une scène en fonction de caractéristiques « homogènes » au regard d’un certain nombre de critères . ❑ La segmentation est très connue dans le domaine de traitement d’images en particulier la télédétection satellitaire. Le critère d’homogénéité le plus utilisé peut se rapporter à la radiométrie de l’image. ❑ Dans le cas des données laser, l’homogénéité se rapporte en général à la position des points en 3D. Un critère d’homogénéité pourrait ainsi être la courbure ou la planéité décrite par un ensemble de points.
  • 45. 45 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation
  • 46. 46 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation i. Segmentation basée sur le principe de regroupement de points Cette famille regroupe les méthodes adoptant la technique de fusion pour segmenter le nuage de points. Trois algorithmes méritent d’être détaillés : la croissance de surface, la segmentation par profil de balayage et l’algorithme de division-fusion. i-1. Segmentation par croissance de région ❑ Pour l’appliquer, il est nécessaire d’identifier les « surfaces graines » (seed surfaces en anglais) et les critères permettant leur croissance vers les points voisins. ❑ La segmentation par croissance de surface est une agrégation progressive des points selon le critère choisi.
  • 47. 47 ❑ Etapes de l’algorithme de la segmentation par croissance de région 1) Un plan local est calculé sur un voisinage de n points pour chaque point 3D. 2) La fusion a lieu lorsque deux critères sont respectés simultanément : le critère de co-normalité et le critère de coplanarité: • Critère de co-normalité • Critère de coplanarité V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation
  • 48. 48 Exemple de résultat de segmentation de façades d’un bâtiment après application de l’algorithme de croissance de région Nuage de points Résultat de la segmentation par croissance de région
  • 49. 49 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation i-2. Segmentation par profils de balayage ❑ Cette méthode part de l’idée que les points d’un profil du nuage appartenant à une surface plane constituent des droites en 3D. ❑ Cette segmentation démarre par la séparation des profils verticaux du nuage. Celle-ci peut être réalisée en profitant du mode de balayage du scanner. ❑ Le balayage s’effectue par profils verticaux en incrémentant, entre deux lignes, l’angle horizontal d’une constante spécifique.
  • 50. 50 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation ❑ Les profils composés de segments droits sont comparés à ceux des profils voisins. ❑ Si les segments voisins sont dans le même plan, ils seront fusionnés selon les mêmes critères que ceux employés dans l’algorithme de croissance de surface. ❑ Ce mode opératoire permet de regrouper des points proches ayant les mêmes propriétés (même direction du vecteur normal calculé avec les plus proches voisins). ❑ On peut considérer que cette méthode est une nouvelle variante de l’algorithme de croissance de surface, puisqu’on peut considérer ici que les graines de départ sont des lignes et non pas des surfaces. i-2. Segmentation par profils de balayage
  • 51. 51 V - Techniques et méthodes de prétraitement IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation ❑ Les algorithmes de segmentation par division-fusion procèdent par éclatement et regroupement de régions, organisées suivant un graphe d’adjacence. ❑ Le processus de division commence par le groupement de l’ensemble du nuage de points dans un nœud racine. ❑ Le nœud racine est divisé en huit sous-ensembles égaux. Une autre division de huit sera opérée pour tous les sous-ensembles ne vérifiant pas les critères d’homogénéité. La division se poursuit jusqu’à ce que chaque nœud soit homogène ajustant une forme 3D régulière (exemple: plan) ou contient moins que trois points. Les critères d’homogénéité sont la proximité et surtout l’ajustement plan du nuage de points. ❑ Les segments plans sont fusionné par la suite en se basant sur deux critères: la proximité, de coplanarité et de Co-normalité. i-3. Segmentation par division-fusion
  • 52. 52 Exemple de segmentation division fusion basée sur la structure octree Deux niveaux de subdivisons selon la structure octree Division du nuage de points d’une façade de bâtiment par un algorithme de division-fusion s’appuyant sur la structure octree IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT V - Techniques et méthodes de prétraitement Segmentation i-3. Segmentation par division-fusion
  • 53. 53 IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT V - Techniques et méthodes de prétraitement Segmentation Cette segmentation est basée sur la reconnaissance de formes géométriques dans les données. ▪ Deux algorithmes issus du domaine de la vision par ordinateur seront cités, car ils sont largement utilisés lorsqu’il s’agit d’extraire des formes géométriques à partir de données bruitées. ▪ Il s’agit du paradigme RANSAC (Fischler et Bolles, 1981) et de la transformée de Hough (Hough, 1962). ▪ Ces deux techniques ont fait leur preuve pour la détection automatique de primitives géométriques, même en présence d'une forte proportion de valeurs aberrantes. ii. Segmentation par reconnaissance de formes
  • 54. Extraction des plans principaux par l’algorithme RANSAC 5 4 ❑ Sélection d’un échantillonnage de trois points ❑Calcul des paramètres du plan a1x + a2y + a3z + a4 = 0 ❑ Evaluation de la correspondance des points dist(p, plan) ≤ ds ❑ Recherche du cardinal de points appartenant au modèle et calcul du nombre des itérations N Cardinal maximal 🡺 Meilleur plan IV. Les étapes de réalisation d’un projet par SLT Segmentation ii. Segmentation par reconnaissance de formes
  • 55. 55 ▪ Le but de la modélisation à partir d’un nuage de points est de construire et de créer des liens entre des points caractéristiques afin de construire un tout, qui peut être un bâtiment, une façade ou tout autre objet. ▪ Les techniques de modélisation couramment utilisées sont en général les méthodes de modélisation par maillage et les méthodes de modélisation géométrique. Modélisation de surface V - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
  • 56. 56 ▪ La modélisation par maillage est utilisée généralement pour modéliser des objets complexes, c'est-à-dire difficiles à paramétrer du point de vue mathématique. ▪ Les algorithmes utilisés par ces méthodes sont en général des algorithmes de triangulation, et des algorithmes des éléments finis. ▪ L’avantage majeur du maillage est qu’il permet d’aboutir à des modèles très fidèles à l’objet relevé, en esquissant son allure par des facettes souvent triangulaires. ▪ En pratique, les modélisations par maillage sont souvent recommandées pour modéliser des objets à l’échelle de statues, ou à l’échelle d’édifices lorsque ceux- ci contiennent beaucoup d’ornements architecturaux. ▪ L’inconvénient de cette méthode réside dans la lourdeur des fichiers finaux qu’elle génère. En effet, les données ne sont pas optimisées, dans le sens où même les surfaces de l’objet à géométrie simple telle que des plans, comportent une densité de points semblable aux surfaces complexes. Modélisation de surface par maillage V - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
  • 57. 57 Exemple de Modélisation par maillage photographie nuage de points modèle maillé Modélisation de surface par maillage V - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
  • 58. 58 ▪ La modélisation géométrique est basée sur la construction des éléments identifiables et descriptibles d’un point de vue mathématique dans le nuage de points. ▪ Tout d’abord, il s’agit de construire le modèle à l’aide de primitives géométriques (plan, cylindre, sphère,…) que l’algorithme tente de faire correspondre au nuage de points. ▪ Ensuite, ces primitives géométriques subissent des opérations d’ordre topologique, pour épouser le mieux possible le nuage de points en question. ▪ Cette méthode présente donc un gros avantage lié au fait que l’ensemble du nuage est réduit à de simples formes géométriques décrites par quelques paramètres, ce qui génère des fichiers bien plus légers que pour le maillage. ▪ contrairement à la modélisation par maillage, le modèle résultant de la modélisation géométrique est plus sobre au niveau esthétique. Il représente l’objet sous une forme géométrique parfaite , sans les dégradations qu’il a pu subir au fil du temps. Modélisation de surface par géométrie V - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
  • 59. 59 photographie nuage de points modèle géométrique Exemple de Modélisation par géométrie Modélisation de surface par géométrie V - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
  • 60. 60 Comparaison photographie (surface réelle) modèle maillé modèle géométrique Modèle tel que saisi Modèle tel que conçu VI - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points V - Modélisation de surfaces à partir d’un nuage de points
  • 61. 61 Intérêts du balayage laser terrestre ❑ Limite l’accès aux zones dangereuses ❑ Acquisition sans contact ❑ Acquisition aisée des données ❑ Saisie de l’intégralité de la scène ❑ Coûts faibles des opérations ❑ Pas besoin de retourner sur le terrain pour compléter les données ❑ Gain de temps en termes d’acquisition (moins de temps d’acquisition par rapport à la quantité de données acquise) ❑ Fiabilité des données ❑ Garantie le pouvoir de retracer la façade, notamment les coins de bâtiments (par traitement du nuage de points), qu’un tachéomètre sans réflecteur pourrait manquer. ❑ Garantie de “tout” acquérir ❑ Rentabilité ❑ Réduction du risque de devoir refaire le travail, du risque des imprévus ❑ Extraction possible de plusieurs types de produits (profiles, coupes, MNS…)
  • 62. 62 Domaines d’application du balayage laser terrestre ❑ Domaine industriel ❑ Génie Civil ❑ Préservation et restauration du Patrimoine ❑ Visualisation 3D ❑ Archéologie ❑ Architecture (modélisation des façades) ❑ Domaine forestier ❑ Infrastructures ❑ Topographie, Urbanisme, géodésie ❑ Contrôle des chantiers de travaux publics ❑ Suivi de phénomènes évolutifs (fronts rocheux, érosion) ❑ Calcul de profiles, surfaces et volumes ❑ Réalité virtuelle
  • 63. 63 Types de balayage laser terrestre Statique : mise en station d’un scanner laser (sol, bâtiment…) Mobile : plateforme mobile (voiture, charrette…) Scanner laser + système de navigation
  • 64. 64 V- Système de cartographie mobile
  • 65. 65
  • 66. Software pour les TP. ⚫http://www.3dreshaper.com/fr/software- fr/telechargement-software/anciennes- versions « choisir version 3DReshaper 2013 (8.0) » 3DReshaper Application 8.0.1.9911 (release 32bits) et (release 64bits) - juillet, 26 2013 - 210Mo - détails. 66