JOURNÉES DE LA RECHERCHE 2017
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JOURNÉES DE LA RECHERCHE 2017
RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE
PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Jean-Pierre Papelard, Arnaud Le Bris, Bruno Vallet LaSTIG/MATIS
ENSG - Cité Descartes - Champs-sur-Marne 23 mars 2017
PLAN DE LA PRÉSENTATION
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
RECALAGE DE TRAJECTOIRE POUR LE GÉORÉFÉRENCEMENT
ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
AUTOMATISATION
CONCLUSION-PERSPECTIVES
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
BESOIN EN MAQUETTES NUMÉRIQUES 3D
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Plan de Mérian 1615
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
BESOIN EN MAQUETTES NUMÉRIQUES 3D
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
1615 + 4 siècles
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LE BESOIN DE MAQUETTES NUMÉRIQUES
SIG3D pour l’aménagement urbain iTowns
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LE BESOIN DE MAQUETTES NUMÉRIQUES
SIG3D pour l’aménagement urbain iTowns
Géoréférencement des réseaux (normes DT-DICT)
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Acquisitions Stéréopolis
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
BESOIN EN MAQUETTES NUMÉRIQUES
SIG3D pour l’aménagement urbain iTowns
Géoréférencement des réseaux (normes DT-DICT)
Cartographie pour la navigation autonome
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Here Maps HD
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
BESOIN EN MAQUETTES NUMÉRIQUES
SIG3D pour l’aménagement urbain iTowns
Géoréférencement des réseaux (normes DT-DICT)
Cartographie pour la navigation autonome
…..
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Numérisation très haute résolution au niveau du sol
Besoin de précision < ~10 cm
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LES SYSTÈMES DE NUMÉRISATION
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Produire des données géoréférencées
Stéréopolis II
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LES SYSTÈMES DE NUMÉRISATION
Les capteurs de données image
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Images orientées : exploitation photogrammétrique ou immersive
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LES SYSTÈMES DE NUMÉRISATION
Les capteurs de données lidar
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Riegl VQ-250 / 450
Géométrie 3D de l’environnement
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LES SYSTÈMES DE NUMÉRISATION
Les capteurs de géoréférencement
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GNSS + Centrale Inertielle + Odomètre
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LES SYSTÈMES DE NUMÉRISATION
Post-traitement de la trajectoire
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Trajectoire différentielle GNSS
Combinaison des différentes sources de données.
Station fixe GNSS
Orientations et trajectoire inertielle
Données odométriques
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Positionnement GNSS
Inertiel
Odométrie
Post-Traitement
Trajectographie Positions et Orientations
100Hz
Ecart-type 1Hz
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LES SYSTÈMES DE NUMÉRISATION
La calibration extrinsèque
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E
N h
(E,N,h) inertiel
(dx,dy,dz,rx,ry,rz)
(E,N,h) centre laser
(E,N,h) Point terrain
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CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
LES SYSTÈMES DE NUMÉRISATION
La calibration extrinsèque
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Mesures topométriques de détermination des orientations relatives
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
GÉORÉFÉRENCEMENT DES DONNÉES
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Quelle est la précision du géoréférencement obtenu ?
CARTOGRAPHIE MOBILE TERRESTRE
EXEMPLE DU CHANTIER D’AURILLAC
150 km de linéaire à acquérir
4 jours d’acquisition
347 km de trajectographie
312 km d’acquisition lidar
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Selon les zones d’acquisition, des problèmes plus ou moins importants de réception GNSS - Masques - Multi-trajets Comment assurer 10cm de précision ?
RECALAGE DE TRAJECTOIRE POUR LE GÉORÉFÉRENCEMENT - MÉTHODOLOGIE
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
+ Forte densité sur la trace du véhicule
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
Caractéristiques des scanners
Riegl VQ-250 100 lignes/s 300 000 mesures/s (Stéréopolis II)
Riegl VQ-450 200 lignes/s 550 000 mesures/s (Stéréopolis III)
--> résolution angulaire 0.12°
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Elimination du sursol
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
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dZmin
Dist max Dist max
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On ne conserve que les points de la chaussée à portée du véhicule
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
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cartographie chronologique continue de la chaussée
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
Caractéristiques des scanners
Riegl VQ-250 100 lignes/s 300 000 mesures/s (Stéréopolis II)
Riegl VQ-450 200 lignes/s 550 000 mesures/s (Stéréopolis III)
résolution angulaire 0.12° sur une ligne : 4 cm à 19m
Vitesse max du véhicule ~30 km/h soit 8m/s
Riegl VQ-250 espacement des lignes 8 cm (Stéréopolis II)
Riegl VQ-450 espacement des lignes 4 cm (Stéréopolis III)
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Résolution des ortho-images lidar Riegl VQ-250 4 cm (Stéréopolis II)
Riegl VQ-450 2 cm (Stéréopolis III)
Découpage en dalles régulières de 40 à 50 m de côté
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
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Meilleure résolution sur les lignes. Possibilité de rebouchage des orthoimages lidar.
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
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Les passages successifs constituent des piles d’orthoimages.
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
Orthoimages Aurillac :
- Résolution 4cm
- Dalles 50x50 m
10035 dalles
4211 piles
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
CONSTITUTION DES ORTHO-IMAGES LIDAR
Un nombre de passage important sur les nœuds principaux du réseau
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20 dalles
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Moyenne par pile : 2,4 dalles
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
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MESURE DES TRANSLATIONS
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T T Z Z
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
MESURE DES TRANSLATIONS
(dX, dY, dZ) t1
t2
Ecart relatif
Mesure d’un point de calage relatif (point de liaison inter-dalles)
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T T Z Z
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
MESURE DES TRANSLATIONS
Contrainte absolue
Mesure d’un point 3D connu en coordonnées terrain (par mesures topo ou PVA)
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X Y Z
X Y Z
t1 t2
(tX, tY, tZ) (tX, tY, tZ)
P1 . P2
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
PVA: MESURES SIMULTANÉES DANS LES IMAGES AÉRIENNES
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On propose les images présentant le meilleur B/H pour favoriser la détermination altimétrique
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
MESURES SIMULTANÉES DANS LES IMAGES AÉRIENNES
Export des mesures clichés
Calcul d’aérotriangulation
Import des coordonnées appui 3D
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
TRANSFERT DE CONTRAINTES ET COMPENSATION
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Trajectoire 2 Trajectoire 1
L1 ect1
L2 ect2
L3 ect3
L2 ect2
L1 ect1
Contrainte absolue
Contrainte relative
L = longueur du segment Ect = ecart type max observé le long du segment
Compensation vectorielle 3D Module R : CompTranslate Xavier Collilieux IGN/SGN/Travaux-Spéciaux
tX tY tZ
tX tY tZ
dX dY dZ
L3 ect3
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
TRANSFERT DE CONTRAINTES ET COMPENSATION
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Trajectoire 2 Trajectoire 1
L1 ect1
L2 ect2
L3 ect3
L2 ect2
L1 ect1
Contrainte absolue
Contrainte relative
L = longueur du segment Ect = écart type max observé le long du segment
tX tY tZ
tX tY tZ
tX tY tZ
tX tY tZ
L3 ect3
Compensation vectorielle 3D Module R : CompTranslate Xavier Collilieux IGN/SGN/Travaux-Spéciaux
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RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
MESURES DES TRANSLATIONS
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Chantier Aurillac :
Création de 670 points de calage
2000 mesures sur dalles et
segments de trajectographie à
compenser
Mesure du calage absolu sur
PVA orientée résolution 5 cm .
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
ITÉRATIONS CORRECTIONS / COMPENSATION
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Validation
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
RÉESTIMATION DES TRAJECTOIRES
Répartition de la correction imposée par les contraintes sur les composantes
intermédiaires de chaque segment .
GÉORÉFÉRENCEMENT FINAL DES DONNÉES IMAGE ET LIDAR
UTILISANT LES TRAJECTOIRES RECALÉES
Régénérer une nouvelle version des dalles d’orthoimages lidar pour validation.
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Résolution native des trajectoires : 100Hz ou 200Hz
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
VALIDATION VISUELLE SUPERVISÉE
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Composition colorée générée par l’ajout successif d’une couche R,V ou B par passage.
RECALAGE DE TRAJECTOIRE - MÉTHODOLOGIE
FUSION DES ORTHOS D’UNE PILE (DIFFÉRENTS PASSAGES)
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
COMPARAISON RECALAGE/ POSITIONNEMENT INITIAL
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Parcours péri-urbain Parcours urbain
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De combien de points de calage besoin? Peut-on se fier aux incertitudes fournies par la trajectographie ?
ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS PÉRI-URBAIN
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Parcours péri-urbain : 61 km en 24 sections / temps d'acquisition 4,8h
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS PÉRI-URBAIN
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Parcours péri-urbain : 61 km en 24 sections / temps d'acquisition 4,8h
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS PÉRI-URBAIN
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Parcours péri-urbain : 61 km en 24 sections / temps d'acquisition 4,8h
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS PÉRI-URBAIN
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Parcours péri-urbain : 61 km en 24 sections / temps d'acquisition 4,8h
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nombre de satellites
ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS URBAIN
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Parcours urbain : 24 km en 19 sections / temps d'acquisition 4,5h
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS URBAIN
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Parcours urbain : 24 km en 19 sections / temps d'acquisition 4,5h
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS URBAIN
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Parcours urbain : 24 km en 19 sections / temps d'acquisition 4,5h
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nombre de satellites nombre de satellites
ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
PARCOURS URBAIN
JR 2017 / RECALAGE DE DONNÉES DE CARTOGRAPHIE MOBILE PAR APPARIEMENT D'ORTHOIMAGES LIDAR
Parcours urbain : 24 km en 19 sections / temps d'acquisition 4,5h
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nombre de satellites
ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
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PARCOURS URBAIN TRÈS DENSE
Chantier EMS (Stereopolis III)
1169 mesures de contrôle
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ANALYSE DU GAIN EN PRÉCISION
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PARCOURS URBAIN TRES DENSE
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On peut se référer à la forme de la courbe mais précision annoncée largement surévaluée.
AUTOMATISATION
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AUTOMATISATION
PLUSIEURS STRATÉGIES D’APPARIEMENT
1 - Corrélation d’images
Géométrie ortho Corrélation directe possible sur toute l’image
2 – Utilisation de points d’intérêts
Géométrie ortho détecteur Harris
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Résultats de projets recherche et développement de l’ENSG : Gauthier Duponchel / Mamady Samassa / Jean-François Villeforceix Utilisation de modules de traitements externes Arnaud Le Bris LaSTIG/MATIS
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AUTOMATISATION
CORRÉLATION IMAGE ENTIÈRE
Pour chaque couple de dalles : recherche de la translation
relative maximisant le score de corrélation.
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AUTOMATISATION
CORRÉLATION IMAGE ENTIÈRE
On essaye de corréler toutes les combinaisons possibles
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Chantier Aurillac : 14233 combinaisons inter-dalles. Rayon de recherche : 0.80 m 10447 corrélation valides Comparaison CIE/Mesures manuelles Sur 3515 mesures communes : Erreur moyenne : 1,4 pixel
écart-type : 2,8 pixel
Pixels (4cm)
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Résultat insuffisant pour la précision recherchée
AUTOMATISATION
CORRÉLATION IMAGE ENTIÈRE
Mise en évidence de dérives
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(-3,-10)
(-2,-5) (0,-2)
Translations en pixels (4cm)
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AUTOMATISATION
CORRÉLATION IMAGE ENTIÈRE
Mise en évidence de cisaillements
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Arrêt 50s
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AUTOMATISATION
CORRÉLATION IMAGE ENTIÈRE
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Une bonne solution approchée pour le filtrage des points d'intérêts.
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Méthode insuffisante pour la précision recherchée.
? 12 23
13 validation par compensation vectorielle des translations internes à chaque pile Module R : CompTranslate Xavier Collilieux
AUTOMATISATION
HARRIS : 1ER FILTRAGE PAR MASQUE
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On évite la détection de points à proximité des zones sans information.
Création d’un masque de filtrage
On conserve les points d’intérêts situés dans les zones favorables
AUTOMATISATION
HARRIS : FILTRAGE PAR LA VALEUR DE CORRÉLATION
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(-3,-10)
(-2,-5) (0,-2)
pixels (4cm)
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Tx Ty Corrélation Image Entière
AUTOMATISATION
HARRIS : MODÉLISATION D’UNE DÉRIVE TEMPORELLE
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Sectorisation temporelle des points d’intérêts.
Filtrage de chaque région et sélection d’un appariement médian.
AUTOMATISATION
HARRIS : MODÉLISATION D’UNE DÉRIVE TEMPORELLE
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Sectorisation temporelle des points d’intérêts.
Filtrage de chaque région et sélection d’un appariement médian.
Utilisation selon le même procédé que les contraintes relatives saisies manuellement.
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
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CONCLUSION ET PERSPECTIVES
PROCESSUS « TRANSLAT_EXPRESS »
Un outil opérationnel pour le recalage manuel d’un chantier de mobile mapping.
Une estimation objective de la qualité du géoréférencement initial.
L’utilisation simultanée d’une PVA permet d’assurer une cohérence globale sur le géoréférencement des données.
Une méthodologie qui permet a priori de traiter de très gros chantiers.
Un environnement qui permet d’intégrer d’autres algorithmes d’analyse ou de recalage des données.
Des méthodes automatiques à finaliser.
Possibilité d’itérer le processus automatique pour valider la superposition des dalles.
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CONCLUSION ET PERSPECTIVES
PERSPECTIVES
Utiliser la subdivision en dalles pour accéder localement aux données brutes
et développer des traitements adaptés aux différents problèmes rencontrés.
Automatisation des appariements orthoimages lidar / images aériennes pour
la création des points de calage absolus.
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Tmin-Tmax Trajectoire A
Tmin-Tmax Trajectoire B Tmin-Tmax Trajectoire C
. Tester des algorithmes de recalage par ICP (Iterative Closest Point) . Corrélation d’orthoimages localisée via des fenêtres glissantes temporelles sur les trajectoires. . Réestimation locale non rigide des trajectoires [Monnier 2013]
1s 1s
1s
1s 1s
1s
1s 1s
1s
Xmls : Un système de stockage optimisé des données brutes
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Merci de votre attention