Qu'est-ce que la photogrammétrie ? Fonctionnement, aérienne ou rapprochée, et comparaison avec le lidar
À retenir
- La photogrammétrie mesure la géométrie 3D en triangulant les points homologues visibles dans des photographies se recouvrant.
- La précision de la photogrammétrie par drone est généralement d'environ 1 à 3 fois la taille du pixel au sol (GSD) lorsque des points d'appui ou des positions de caméra RTK/PPK sont utilisés.
- La photogrammétrie aérienne cartographie les terrains et les sites ; la photogrammétrie rapprochée mesure les objets, bâtiments et pièces.
- La photogrammétrie ne voit pas à travers la végétation et rencontre des difficultés sur les surfaces brillantes, sombres ou sans texture, où le lidar est plus performant.
- Les points d'appui au sol mesurés avec un récepteur GNSS RTK transforment un modèle photographique en données de qualité topographique.
Qu'est-ce que la photogrammétrie ? Définition et signification
La photogrammétrie est la technique permettant d'obtenir des mesures fiables d'objets physiques et de l'environnement à partir de photographies. Sa définition courte est : mesurer en 3D à partir d'images 2D. Le mot associe les racines grecques de lumière, dessin et mesure, ce qui résume bien son sens.
En termes topographiques, la photogrammétrie est une méthode de mesure indirecte : on ne touche jamais l'objet ; on le photographie depuis des positions de caméra connues ou calculées et on détermine les coordonnées par triangulation. L'American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) publie des normes de précision de positionnement pour les produits photogrammétriques, et cette discipline sert à la cartographie nationale depuis le début du XXe siècle.
Aujourd'hui, la photogrammétrie 3D est principalement numérique et très automatisée. Un drone vole selon une grille, le logiciel apparie des millions de détails dans des centaines d'images, puis produit un nuage de points dense, un maillage texturé, une orthophoto vraie et un modèle numérique de surface, souvent en quelques heures.
Comment la photogrammétrie fonctionne-t-elle étape par étape ?
La photogrammétrie repère le même détail dans au moins deux images se recouvrant, et idéalement dans plusieurs, calcule la position de chaque caméra et intersecte les rayons de visée pour placer chaque détail en 3D. Les logiciels modernes automatisent cela par la reconstruction de structure à partir du mouvement (SfM), suivie d'une corrélation dense.
- Planifiez l'acquisition. Choisissez la taille du pixel au sol (GSD), la hauteur de vol et le recouvrement. Pour la cartographie par drone, nous recommandons généralement environ 75–80 % de recouvrement longitudinal et 65–70 % de recouvrement latéral.
- Établissez les appuis au sol. Marquez et levez des points d'appui (GCP) et des points de contrôle distincts répartis sur le site.
- Prenez les images. Suivez le parcours en vol ou à pied avec une mise au point fixe et une exposition constante ; évitez le flou de mouvement.
- Appariez les détails. Le logiciel détecte les points caractéristiques dans chaque image et les met en correspondance entre images.
- Effectuez l'ajustement en faisceaux. Les positions et orientations des caméras ainsi que les paramètres de l'objectif sont résolus conjointement avec les points de liaison 3D, sous contrainte des GCP ou des positions précises des caméras.
- Reconstruisez densément. La corrélation au niveau des pixels produit un nuage de points dense, puis un maillage et un modèle de surface.
- Produisez les livrables et contrôlez la qualité. Générez les orthophotos, courbes de niveau et modèles, puis indiquez les erreurs sur les points de contrôle indépendants.
Le GSD détermine l'ensemble du processus. Il est égal à la largeur du capteur × la hauteur de vol ÷ (la focale × la largeur de l'image). À titre indicatif, une caméra cartographique courante de 20 Mpx à capteur d'un pouce, volant à 100 m, donne un GSD d'environ 2,5 à 3 cm.
Quels sont les types de photogrammétrie ?
Les principaux types sont la photogrammétrie aérienne et rapprochée, distinguées selon la distance entre caméra et objet, avec les méthodes satellitaires et terrestres aux deux extrémités. Chacune convient à des travaux et précisions différents.
| Type | Plateforme | Précision type | Principaux usages |
|---|---|---|---|
| Photogrammétrie satellitaire | Imagerie satellitaire stéréoscopique | Du décimètre au mètre | Modèles altimétriques régionaux, cartographie de grandes surfaces |
| Photogrammétrie aérienne sur avion piloté | Avion équipé d'une caméra métrique grand format | Du centimètre au décimètre | Cartographie nationale, modèles urbains, corridors |
| Photogrammétrie par drone (UAV) | Drone multirotor ou à voilure fixe | Environ 1–3× le GSD, souvent 2–5 cm | Levés topographiques, volumes, avancement des travaux |
| Terrestre / rapprochée | Appareil photo à main ou sur trépied | Millimétrique, submillimétrique avec cibles codées | Bâtiments, patrimoine, scènes d'accident, pièces industrielles |
La photogrammétrie rapprochée est aussi appelée scan 3D photogrammétrique lorsqu'elle sert à numériser des objets, bien qu'aucun laser n'intervienne à proprement parler.
Qu'est-ce que la photogrammétrie aérienne et quelle est sa précision ?
La photogrammétrie aérienne utilise des images prises depuis un avion ou un drone, généralement à la verticale, complétées par des images obliques pour les façades. Une définition pratique est : cartographier le terrain et les structures à partir de photos aériennes se recouvrant et rattachées à des points d'appui au sol.
Sur un projet bien contrôlé, la photogrammétrie par drone atteint généralement environ 1 à 2 GSD en planimétrie et 1,5 à 3 GSD en altimétrie. Avec un GSD de 2 cm, cela représente environ 2–4 cm horizontalement et 3–6 cm verticalement sur des surfaces dures et dégagées. La précision se dégrade sur la végétation, l'eau et les parois abruptes.
Le facteur le plus important est l'appui. Levez 5 à 10 GCP bien répartis pour un petit site, ou utilisez un drone avec des positions de caméra RTK ou PPK, complétées par quelques GCP et points de contrôle. Mesurez-les avec un récepteur de qualité topographique tel que notre récepteur GNSS RTK E1, dont la compensation IMU de 60° permet de mesurer rapidement les cibles peintes. Notre guide du levé par drone avec RTK et points d'appui au sol traite de la répartition des GCP, et le choix de l'aéronef est abordé dans drones topographiques et cartographie par drone.
À quoi sert la photogrammétrie ?
La photogrammétrie s'utilise partout où l'on a besoin d'une géométrie 3D mesurable et de couleurs réalistes issues d'images : cartographie topographique, volumes, suivi de chantier, bâtiments, patrimoine et inspection. Le levé photogrammétrique fait désormais partie du travail courant de nombreux cabinets de géomètres et de génie civil.
- Cartographie photogrammétrique : orthophotos, courbes de niveau et modèles de surface pour les levés topographiques et l'aménagement.
- Terrassements et stocks : volumes de déblais-remblais et de stocks à partir de vols répétés.
- Construction : suivi d'avancement, contrôles de récolement et logistique de chantier.
- Mines et carrières : fronts d'exploitation, pistes de transport et cartographie des gradins.
- Bâtiments et patrimoine : façades, toitures et modèles 3D texturés.
- Inspection d'infrastructures : ponts, pylônes et barrages, souvent associés à des images rapprochées.
- Expertise judiciaire : documentation des scènes d'accident et de crime.
Photogrammétrie ou lidar : lequel utiliser ?
Choisissez la photogrammétrie pour les sites dégagés où la couleur, les orthophotos et le faible coût sont prioritaires ; choisissez le lidar pour mesurer sous la végétation, dans l'obscurité, sur des surfaces sans détails ou avec une meilleure fiabilité verticale. De nombreuses équipes utilisent les deux.
| Critère | Photogrammétrie | Lidar / scan laser |
|---|---|---|
| Principe de mesure | Passive : triangulation à partir d'images | Active : mesure laser des distances |
| Végétation | Cartographie uniquement le sommet de la canopée | Les échos multiples peuvent atteindre le sol |
| Éclairage | Nécessite une bonne lumière du jour homogène | Fonctionne dans l’obscurité |
| Surfaces sans texture ou brillantes | Mauvaise corrélation, trous et bruit | Généralement mesurées, bien que les surfaces très sombres ou réfléchissantes réduisent les retours |
| Couleur et orthophotos | Natives, de haute qualité | Nécessite l'ajout d'une caméra au système |
| Coût du matériel | Plus faible | Plus élevé |
| Temps de traitement | Plus long (corrélation des images) | Plus court pour les nuages de points |
En intérieur, la photogrammétrie demande un éclairage soigné et de nombreuses images ; un scanner laser est généralement plus rapide et fiable. Pour les intérieurs de bâtiments et les locaux techniques, nous recommandons notre scanner laser 3D terrestre avec caméra HDR intégrée, et pour une acquisition rapide en marchant, le scanner laser SLAM portable. Notre article qu'est-ce que le lidar approfondit la technologie laser.
De quel logiciel de photogrammétrie avez-vous besoin ?
Il vous faut un logiciel réalisant l'ajustement en faisceaux avec points d'appui, la corrélation dense et l'export de produits topographiques ; le choix dépend du traitement de données aériennes ou rapprochées et du contrôle souhaité sur la précision. Nous ne recommandons pas de marques particulières ici, mais voici les principales catégories de logiciels :
- Logiciel professionnel de photogrammétrie sur ordinateur : maîtrise complète de l'étalonnage de caméra, de la pondération des GCP, des rapports de précision et des systèmes de coordonnées. C'est la référence pour les logiciels photogrammétriques utilisés en topographie.
- Logiciels de photogrammétrie aérienne et par drone : adaptés aux vols nadiraux et obliques, avec import des journaux de vol et outils d'orthomosaïque et de calcul de volumes.
- Plateformes de photogrammétrie en ligne : téléversez les images et recevez les résultats ; pratiques pour les équipes, mais vérifiez la propriété des données, les systèmes de coordonnées pris en charge et les rapports de précision.
- Logiciels de photogrammétrie open source : performants pour la recherche et l'apprentissage, mais généralement dotés de moins d'outils de contrôle qualité topographique.
- Applications de photogrammétrie pour téléphone : adaptées à la visualisation de petits objets, mais sans points d'appui ni étalonnage, elles ne constituent pas des outils de mesure.
Quel que soit votre choix, vérifiez que le logiciel indique les écarts résiduels sur les points de contrôle et exporte les formats utilisés par vos équipes CAO et SIG. Pour le nettoyage des nuages et les livrables, consultez notre guide du traitement des nuages de points.
Faut-il acheter le matériel ou faire appel à un prestataire de photogrammétrie ?
Faites appel à un prestataire pour les projets occasionnels ou spécialisés ; développez une capacité interne si vous cartographiez régulièrement, car les principaux coûts sont la formation et les logiciels plutôt que le matériel. Les entreprises de photogrammétrie vont des opérateurs locaux de drones aux spécialistes aériens utilisant des avions pilotés pour des programmes nationaux.
Pour comparer les services de photogrammétrie par drone, demandez à chaque prestataire le GSD, le recouvrement, la méthode d'appui, le système de coordonnées et le géoïde utilisés, le rapport de précision sur points de contrôle et les formats de livraison. Méfiez-vous des devis qui ne mentionnent ni points d'appui ni points de contrôle.
Si vous internalisez le travail, l'équipement qui rend la photogrammétrie fiable est celui que vous utilisez déjà pour le canevas : un récepteur GNSS RTK pour les GCP et les points de contrôle. Pour équiper une équipe en matériel d'appui ou ajouter le scan laser dans les zones où les photos sont insuffisantes, demandez un devis en décrivant vos sites habituels.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la cartographie photogrammétrique ?
La cartographie photogrammétrique produit des cartes, orthophotos, courbes de niveau et modèles altimétriques à partir de photographies aériennes ou de drone se recouvrant. Les images sont ajustées sur des points d'appui au sol pour que les mesures appartiennent à un véritable système de coordonnées. Elle est largement utilisée en topographie, aménagement, exploitation minière et construction, et souvent combinée au lidar lorsque la végétation masque le sol.
Quelle est la précision de la photogrammétrie par drone ?
Avec un bon recouvrement, des images nettes et des points d'appui bien répartis ou des positions de caméra RTK/PPK, la photogrammétrie par drone atteint généralement environ 1 à 2 fois la taille du pixel au sol en planimétrie et 1,5 à 3 fois en altimétrie. Pour un GSD de 2 cm, cela représente environ 2 à 6 cm. Vérifiez toujours la précision sur des points de contrôle indépendants plutôt que de vous fier aux estimations du logiciel.
La photogrammétrie est-elle identique au scan 3D ?
Pas exactement. Tous deux produisent des nuages de points 3D et des maillages, mais le scan laser 3D mesure activement les distances avec un laser, tandis que la photogrammétrie calcule la géométrie à partir de photographies. L'expression « scan 3D photogrammétrique » désigne couramment, de façon informelle, la modélisation rapprochée par images. Le scan laser gère mieux les surfaces sombres, brillantes et sans détails ; la photogrammétrie offre une meilleure couleur à moindre coût.
Faut-il des points d'appui au sol pour la photogrammétrie ?
Pour des résultats de qualité topographique, oui, ou au moins des points de contrôle. Sans appui, un modèle de drone peut être décalé de plusieurs mètres et légèrement déformé. Un drone RTK ou PPK réduit le nombre de points d'appui nécessaires, mais il faut tout de même mesurer plusieurs points de contrôle indépendants avec un récepteur GNSS pour démontrer la précision de chaque projet.
La photogrammétrie peut-elle voir à travers les arbres ?
Non. Elle ne mesure que les surfaces visibles sur les photographies ; dans les forêts et les broussailles denses, elle modélise donc le sommet de la canopée plutôt que le sol. De petites ouvertures peuvent montrer une partie du terrain, mais le résultat est peu fiable pour les modèles de terrain. Le lidar aéroporté, qui enregistre plusieurs échos par impulsion, est le choix habituel pour cartographier le sol sous la végétation.
Quel appareil photo convient le mieux à la photogrammétrie ?
En topographie, le meilleur choix est un appareil à grand capteur, objectif à focale fixe, obturateur mécanique ou global, et faible bruit d'image. De nombreux drones cartographiques utilisent des capteurs d'un pouce ou plus, d'environ 20 mégapixels ou davantage. Gardez la mise au point fixe, évitez de zoomer pendant la mission et utilisez des vitesses d'obturation assez rapides pour éviter le flou de mouvement.
Quelle différence entre photogrammétrie aérienne et rapprochée ?
La photogrammétrie aérienne utilise des images d'avion ou de drone, généralement orientées vers le bas, pour cartographier des terrains et sites sur des hectares ou des kilomètres carrés. La photogrammétrie rapprochée utilise des appareils situés de quelques mètres à quelques centaines de mètres de l'objet, comme un bâtiment, une pièce ou une scène d'accident, et peut atteindre une précision millimétrique ou submillimétrique avec des cibles.
Besoin de matériel pour ces travaux ?
Indiquez les travaux, le pays et la quantité. Un ingénieur répond avec une configuration et un prix sous un jour ouvré. MOQ : une unité ; OEM disponible.
