Photogrammétrie : conseils pour l'acquisition photographique

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Réaliser une série de photographies correctes pour une modélisation photogrammétrique est d'une part la phase de travail la plus importante, et d'autre part la seule qu'il ne faut pas rater. Ainsi, il est important de comprendre certaines règles inhérentes à la technique, notamment au niveau de la connaissance photographique, mais aussi de l'acquisition des photographies - ces dernières ne ressemblant pas du tout à de la photographie "normale".

Principes d'acquisition basiques

Les processus de modélisation par photogrammétrie se basent sur la corrélation d'éléments communs entre différentes images. Ainsi, il faut essayer le plus possible d'harmoniser la prise, pour que les éléments communs puissent ^se retrouver sur une partie de la série.

Cadrage

Premièrement, il faut que le sujet à modéliser (objet, structure,...) soit au maximum au centre des images, et que le cadrage ne soit pas trop large autour de lui (pour la simple et bonne raison que la corrélation se faisant au niveau du pixel, plus l'objet sera proche du cadre, plus le nombre de pixels correspondant à l'objet sera élevé, et la précision aussi).

Positionnement et angles de vue

Pour pouvoir modéliser l'objet en 3D, il faut se déplacer entre chaque photo pour récupérer ainsi des angles de vue complémentaires permettant au sujet d'être modélisé. Attention, toute partie du sujet qui n'apparait pas sur suffisament de photographies ne sera pas modélisée, ou le sera de manière déformée. Cependant, il faut aussi faire attention à ne pas trop se déplacer, car si les photos sont trop différentes, la corrélation échoue par manque de points de correspondance.

Pour simplifier ce problème, il est d'usage de se déplacer en cercles autour du sujet (ou en demi-cercle si cela suffit à photographier tout le sujet, comme dans le cas d'une inscription par exemple), en changeant la hauteur de la prise à chaque début de prise.

Il est aussi possible de jouer sur la parallaxe des différentes photosgraphies en se déplacant de manière linéaire devant l'objet, ce qui permet, sur des sujets "plats", comme certaines inscriptions, de garder une distance moyenne entre les photos et le sujet.

Une fois ce travail terminé, il est possible de prendre des photosgraphies supplémentaires de points précis, ou de détails. Ces photographies seront ajoutées aux autres lors du processus de modélisation; il faut cependant se rappeler que ces photographies se doivent d'être aussi harmonieuses du reste que possible, et ne pas être trop différentes, au niveau du zoom notamment, car il faut pouvoir les corréler aux autres.


Principes d'acquisition intermédiaires

Bien entendu, dès qu'il est question de modéliser de manière précise un sujet, il faut savoir que les photographies sources doivent être maîtrisées, et suivre plusieurs règles importantes.

Taille des photographies

Le processus de modélisation par photogrammétrie a comme premier niveau de précision la taille de la photographie, et surtout la taille du sujet dans la photographie, l'unité de base se trouvant donc relatif au pixel. Ainsi, si l'on compare deux photographies avec le meme sujet, le même cadrage, mais l'une de 5MgPixels et l'autre de 20 MgPixel, il sera possible de modéliser de manière plus fine le sujet grâce à la plus précise de ces deux photographies.

Bien entendu, beaucoup de facteurs viennent nuancer ce principe, certains étant inhérents au processus logiciel de modélisation, alors que d'autres sont liés à la prise.

Occlusion

Le premier facteur auquel il faut faire attention est l'occlusion de certaines parties d'une photographie par des éléments extérieurs. Typiquement, un arbre cache une partie d'un bâtiment, mais de plus, même si on essaie de minimiser sa présence en changeant d'angle, son ombre (fluctuante en fonction du vent) sur le mur amène, au mieux, une marge d'erreur plus grande, voire une impossibilité de modéliser l'endroit situé derrière.

Problèmes de lumière

La corrélation entre les photographies est faite sur des points clairement visibles sur chacune. S'il n'y a pas assez de lumière, le logiciel ne trouvera pas de points sur lesquels baser la corrélation. Il est à noter que même en plein jour ce problème est complexe, car certaines ombres portées, notamment sur le terrain archéologique, rendent difficile la prise. De plus, le contre-jour révèle du même problème, celui que le sujet sera sous-exposé.

Flou

Utiliser des photos floues n'empêche pas forcément la corrélation, mais atténue grandement la précision, car des pixels étant échangés, leur position dans l'espace n'est plus la même. Il faut donc éviter des photos floues, et il existe des barrières logicielles qui mettent en avant les photographies trop floues pour les exclure des calculs.

Mouvement

Photographier un objet en mouvement pour le modéliser est inutile. Le décor changeant, l'effet de flou inhérent à la vitesse (très difficile à enlever), le changement de lumière sur l'objet et la difficulté de cadrage rendent impossible la corrélation logicielle. De la même manière, si le sujet se déforme pendant la prise, (un bras qui bouge pour un humain par exemple), la corrélation échoue, le logiciel ne pouvant pas corréler des éléments ayant changés de place (cet outil étant basé sur la combinaison de photographies d'un sujet fixe).

Uniformité de la couleur, transparence et effets spéculaires

Enfin, et de la même manière que pour le manque de lumière, essayer de modéliser un objet trop homogène, comme une sphère blanche, et très délicat, car le logiciel n'arrive pas à trouver des points corrélables. Des objets transparents, comme des éléments de verre, sont impossible à modéliser sans les recouvrir de talc, car les problèmes de réfraction et d'absorption de la lumière sont trop complexes à gérer et empêchent la corrélation. Enfin, les objets trop brillants, réfléchissant la lumière de manière trop visible suivant l'angle de la prise (et donc changeant d'image à image), sont aussi un problème difficile à nuancer, même s'il existe pour ce cas des solution, notamment l'utilisation de filtres polarisants sur l'objectif et les lumières (technique appelée polarisation croisée).

Principes d'acquisition avancés

Distance de prise

Il est possible de calculer la distance à laquelle l'appareil doit être placé pour obtenir une certaine précision de prise. Il s'agit d'un calcul théorique lié au théorème de Thalès :


taille du capteur / focale = précision / distance du sujet


Taille du capteur = taille d'un photosite,

focale = focale de l'objectif (28mm, 55mm, etc...),

précision = précision voulue,


Donc pour calculer la distance à avoir pour une précision donnée, il faut faire :

distance du sujet = focale * précision / taille du capteur

Bien entendu cette distance est théorique, car la précision dépend de nombreux autres facteurs (développés plus haut).

Flou focal

Si une photographie floue est facilement identifiable et peut être refaite, le flou focal inhérent à la photographie est lui difficile à éliminer, et même à nuancer, notamment pour de petits sujets comme le mobilier archéologique. Il faut, en fait, rallonger le temps d'exposition de la photographie. Plusieurs problèmes en découlent : premièrement, si le temps d'exposition est long, plus l'image sera claire, et il faut donc fermer l'ouverture de l'objectif en conséquence (ce qui a pour effet d'assombrir la prise). Deuxièmement, tout mouvement pendant l'exposition génère du flou (de mouvement), et pour des expositions longues, ce problème est lourd à gérer. Il faut donc posséder un trépied et un déclencheur à distance (à défaut, utiliser le retardateur de l'appareil) car même la pression du doigt sur l'appareil génère un flou de mouvement trop important.


Paramètre ISO

Le paramètre ISO est difficile à utiliser dans une série de photographie pour de la photogrammétrie. L'intérêt du paramètre ISO est d'éclaircir l'image, mais génère du bruit en proportion. Ainsi, il faut savoir quand arrêter de l'augmenter pour ne pas générer d'erreur sur l'image trop flagrante, et au mieux, ne pas l'utiliser.

RAW ou JPG

Le format d'enregistrement de l'image dans l'appareil est un paramètre important à prendre en compte, car certains formats sont meilleurs que d'autres, bien que généralement plus lourds à enregistrer. Ainsi, les formats RAW (par exemple le format .NEF sur les appareils Nikon) enregistrent toutes les informations captées par les photosites du capteur, les couleurs mais aussi les blancs. A contrario, le format .jpg compresse les informations lors de l'enregistrement, ce qui fait perdre des informations aux images et peut infleur sur le processus de modélisation par ailleurs. Cependant, avec cet écart très sensible de poids (3 fois plus), il peut être préférable de se contenter de .jpg.


Florent Comte