photographie cartographie

8/17/2019 Photographie Cartographie

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François Cavayas A-2010

MODULE 1PHOTOGRAPHIES AÉRIENNES ET CARTES

TOPOGRAPHIQUES

Bon nombre d’études en géographie utilisent les photographies aériennes commesource d’information. Pour pouvoir les interpréter, il nous faut, entre autres, bienconnaître leurs propriétés de base, savoir manier des instruments comme lestéréoscope et développer les facultés d’observation, de concentration et de déduction

logique. Les cartes topographiques constituent un des documents de référence quifacilite de beaucoup la photo-interprétation. Ces cartes ont leurs proprescaractéristiques et il est essentiel de bien les connaître. C’est le but du premier module :se familiariser avec les cartes topographiques et les photographies aériennes et s’initierà la première étape de la photo-interprétation, la « lecture » des photos.


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GEO1542 : Photo-interprétation et télédétection

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LABORATOIRE 1-ACARTE TOPOGRAPHIQUE

PROPRIÉTÉS ET UTILISATION DE LA CARTE TOPOGRAPHIQUE

ÉCHELLE

Toute carte est tracée selon une échelle : L’échelle exprime le rapport de similitudeentre les mesures (longueurs, surfaces) effectuées sur une carte et les mêmes mesureseffectuées sur le terrain. À titre d’exemple, la distance entre deux bâtiments localisés surune carte est de 2 cm. La même distance mesurée sur le terrain est de 1 km. Le rapportde similitude est donc de 2 cm pour 1 km ou

Échelle =00050

1

cm000100

cm2

km1

cm2

D

d === ou 1 :50 000 ou 1/50 000

Distance mesurée sur la carte=d Distance mesurée sur le terrain=D

Nous pouvons faire le même exercice avec les surfaces. Lorsque nous parlons delongueurs, l’échelle est dite linéaire; pour les surfaces nous parlerons d’échellesurfacique.

L’échelle des cartes topographiques est pratiquement constante : Si l’échelle de lacarte est constante partout, peu importe où l’on effectue nos mesures de longueurs,nous pouvons dire que ce que nous mesurons sur ce document est de X fois plus petit

qu’il l’est sur le terrain. Dans l’exemple précédent une longueur, une distance, mesuréesur la carte serait de 50 000 fois plus petite qu’elle l’est sur le terrain. Or, l’échelle d’unecarte n’est pas uniforme. En fait, les cartes sont une représentation sur un plan dessurfaces continentales rapportées au préalable sur la surface d’une sphère (plusprécisément, un ellipsoïde) qui approche le plus possible la forme et les dimensions dela Terre. Les variations de l’échelle sont dues à la sphéricité de la Terre. Pour les cartesà très petite échelle (p.ex. 1 :20 000 000) ces variations sont très importantes à traversla surface de la carte. Plus l’échelle devient grande (par exemple 1 : 50 000) moins lacourbure de la Terre est importante. Les cartes topographiques (échelles 1 :1 000 000ou plus grandes) sont construites de telle manière (voir point suivant) que les variationsde l’échelle soient minimisées. Ainsi nous pouvons effectuer nos mesures en neconsidérant qu’une seule échelle pour l’ensemble de la carte.


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LOCALISATION

Une carte topographique permet de localiser un élément au sol selon sescoordonnées géographiques ou ses coordonnées planes définies selon unsystème de référence cartographique. Tout élément sur la surface terrestre est

rapporté sur la surface courbe de l’ellipsoïde terrestre. Pour le repérer on utilise sescoordonnées géographiques latitude, longitude :

Les parallèles et les méridiens forment un système deréférence sur la surface de la terre. Les latitudes etles longitudes ce sont des angles qui nous spécifientsur quel parallèle (latitude) et sur quel méridien(longitude) on se situe. La latitude est mesurée del’équateur vers les pôles (nord ou sud). On parle ainsi

d’une latitude nord (N ou +) et d’une latitude sud (S ou-). La longitude est mesurée d’un méridien standardvers l’est ou l’ouest. On parle ainsi d’une longitude est(E ou +) ou d’une latitude ouest (W ou -). Parconvention le méridien standard (ou d’origine) estcelui qui passe par l’observatoire de Greenwich en

Angleterre.

Latitudes et longitudes définies sur laTerre supposée une sphère parfaite.

Tout point sur la surface de l’ellipsoïde est par la suite rapporté sur le plan de la carteselon une technique de projection cartographique spécifique. Parmi ces techniques,nous retrouvons une qui, malgré la projection d’une surface courbe à une surface plane,préserve les formes des objets localement (en fait les angles mesurés autour d’un point)au détriment des longueurs et des surfaces. Ce type de projection s’appelle conforme.

Peu importe le pays, on utilise ce type de projection pour sa cartographie topographique.Les projections conformes se divisent à leur tour en projections cylindriques, coniques,azimutales, etc. Pour la cartographie topographique au Canada (échelles 1 :250 000 et1 : 50 000) et au Québec (ex. 1 : 20 000) on utilise la projection cylindriquetransverse conforme de Mercator . Pour minimiser les déformations des longueurs etdes surfaces (variations de l’échelle) et ainsi rendre l’échelle pratiquement uniforme,comme nous l’avons mentionné précédemment, chaque pays utilise un système quisubdivise son territoire en morceaux. Chacun des morceaux est alors projeté


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indépendamment des autres selon le type de projection conforme choisi. Le fédéral(cartes 1 :250 000 et 1 :50 000) utilise un tel système appelé Universel Transverse deMercator (UTM). Il s’appelle Universel car son inventeur (L’Armée des USA) l’a créepour l’ensemble du globe. Les morceaux sont définis d’une façon systématique encommençant par le Pacifique et comprennent des territoires inclus entre deux méridiens espacésde 60 de longitude :

La surface de l'ellipsoïde terrestre est découpée en« zones » ou « fuseaux » de 60 de longitude. Au total ily a donc 60 zones UTM (60 x 60= 3600) numérotés de 1à 60, en commençant à l'ouest (-180o de Greenwich) eten se dirigeant vers l'Est.

Puisque les deux méridiens qui bordent chaque fuseauconvergent aux pôles, la largeur d’un fuseau sur lasurface de l'ellipsoïde va en diminuant de l’équateurvers les pôles. L’utilité pratique de ce système s’arrêteainsi à une certaine latitude proche des pôles. Afin dereprésenter l’ensemble des masses continentales leslatitudes limites choisies sont : 840 30’N et 800 30’ S.Chaque zone est à son tour subdivisée en quadrilatèresde 80 de latitude désignés par une lettre de C à X (enomettant les lettres I et O). À titre d’exemple, sur lafigure ci-contre, le quadrilatère teint en rouge estidentifié comme le 32 N.

Afin de compléter la cartographie de l’ensemble de laTerre les deux régions polaires sont représentées selonle système UPS (Universel Polaire Stéréographique).Comme son nom l’indique la projection stéréographique(conforme) azimutale (sécante) est utilisée. Lesparallèles 800 30’ et 840 30’ délimitent les zones UPSdésignées A, B et Y, Z.

Pour chaque fuseau UTM, un cylindre transverse

sécant est défini centré sur le méridien central dufuseau. Chaque point sur la surface de l'ellipsoïde àl'intérieur du fuseau est projeté sur la surface ducylindre selon la formulation de la projection cylindriqueconforme transverse de Mercator.


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Pour chaque fuseau on érige un système decoordonnées planes. Ainsi à chaque paire delatitude, longitude à l’intérieur du fuseaucorrespond une paire de coordonnées UTM.L'axe des abscisses coïncide avec l'équateur,qui selon cette projection est représenté par

une ligne droite, et est appelé l'axe descoordonnées Est. L'axe des ordonnéescoïncide avec le méridien central du fuseau(également représenté par une ligne droite) etest appelé l'axe des coordonnées Nord.

Pour l'hémisphère nord, l’origine descoordonnées UTM (intersection de l'équateuret du méridien central) prend les valeurs500 000 m Est, 0 m Nord. La valeur 500 000est appelée "faux Est" et elle est attribuée pouréviter les valeurs négatives en X à l'Ouest duméridien central.

Selon le même principe, nous attribuons lavaleur 500 000 m et 10 000 000 m pour lemême point si nous voulons mesurer lescoordonnées à l'hémisphère sud. La valeur de10 000 000 (faux Nord) est attribuée pouréviter les valeurs négatives en Y au sud del'Équateur.

Au Québec on utilise un système similaire le Modifié Transverse de Mercator (MTM)où les morceaux sont définis à tous les 30 de longitude pour minimiser davantage lesvariations de l’échelle, tel qu’exigé pour la cartographie à grande échelle (ex. 1 :20 000).


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Chaque carte topographique couvre une portiondu territoire (voir plus loin) à l’intérieur d’un fuseauUTM (ou MTM). Le cadre intérieur de la carte estformé par les projections des arcs des méridienset des parallèles qui définissent cette portion du

territoire. Ces lignes sont graduées et ainsi nousavons une indication sur les latitudes et leslongitudes des lieux représentés sur la carte.Puisque ces lignes ne sont pas tout à fait droites,leur utilisation pour spécifier les coordonnéesgéographiques d’un point directement sur la cartene donne qu’une idée approximative de saposition en latitude, longitude. On préfère ainsidéfinir les coordonnées UTM (ou MTM) d’un pointet calculer par la suite ses coordonnéesgéographiques par un logiciel de conversion descoordonnées UTM en latitude/longitude.

Les coordonnées UTM sont faciles à définir. Lacarte contient un quadrillage (en bleu sur la figureci-contre). On a qu’à localiser le carré de la grillequi contient le point et mesurer les distances enEst et Nord par rapport au point à gauche et enbas du carré.

Exemple : Sur une carte un point est situé à 400mètres à l'est de la ligne verticale de 357 000 et à200 mètres au nord de la ligne horizontale de5 476 200, ses coordonnées sont 357 400 E,

5 476 200 N. Puisque il y a 60 fuseaux UMT, il yaura 60 points à l’hémisphère nord avecexactement les mêmes coordonnées. Pour éviterles confusions on accompagne toujours lescoordonnées avec le numéro du fuseau (ex. 18Tpour la région de Montréal). On peut ainsiidentifier de manière non équivoque tout point del'hémisphère nord.


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SURFACE COUVERTE PAR UNE CARTE

Une carte ou feuille topographique ne couvre qu’une petite portion du territoire àl’intérieur d’un fuseau UTM. Cette portion est d’autant plus petite que l’échelle dela carte est grande. Au Canada nous utilisons un système de subdivision systématique

du territoire en feuilles topographiques basé sur les latitudes et les longitudes. Oncommence par des subdivisions larges de 80 en longitude (au sud du 68ème parallèle) etde 40 en latitude. Ces subdivisions (quadrilatères) sont représentées par des feuilles àl’échelle 1 :1 000 000. Chaque quadrilatère est subdivisé à son tour à quatrequadrilatères, et chaque nouveau quadrilatère représenté à l’échelle 1 :500 000. Enutilisant le même principe on arrive à des subdivisions du territoire que l’on représenteau 1 :50 000. Chacun de quadrilatère reçoit un code qui permet de le situer dans leterritoire canadien et connaître son échelle. Actuellement deux échelles sont maintenuespar le fédéral, celles du 1 : 250 000 et de 1 :50 000. Une carte au 1 :50 000 représentele 16ème du territoire contenu dans une carte au 1 :250 000 :

Une feuille au 1 :250 000 (en jaune) est découpée en 16morceaux, chacun des morceaux est représenté au1 :50 000.

Au Québec nous utilisons un principe similaire en partant des quadrilatères du 1/50 000.Pour des raisons historiques, chacune des subvissions du 1/50 000 en quatre etreprésentée à l’échelle 1 :20 000 et non pas 1 :25 000.

La surface couverte par une feuille dépend de son échelle et de la latitude du territoirereprésenté. Si la Terre était une sphère parfaite un arc de 1 0 le long d’un méridien vaut àpeu près 111 km sur la Terre, tandis qu’un arc de 10 le long du parallèle de 450 vaut àpeu près 78 km. Ainsi, le quadrilatère de base à l’échelle 1 :1 000 000 à cette latitudecouvre une surface de : (40 x 78 km) x (80 x 111 km) 312 km x 888 km = 277 000 km2

environ. Partant de cette superficie nous pouvons conclure qu’en moyenne une feuilleau sud couvrira selon son échelle :

Échelle Superficie approximativeau 45e parallèle

1/250 000 (16ème de lafeuille au 1/1 000 000)

17 000 km2

1/50 000 (16ème de lafeuille au 1/250 000)

1 000 km2

1/20 000 (quart de la feuilleau 1/50 000)

250 km2


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DISTANCES–LONGUEURS

Une carte topographique permet de mesurer une distance entre deux points ou dedéfinir une longueur quelconque. Pour ce faire, nous n’avons qu’à mesurer unedistance sur la carte et la multiplier par le facteur de réduction. Les cartestopographiques sont toujours accompagnées d’une échelle graphique comme le montrela figure suivante (remarque : l'exemple ci-dessous n'est pas à l'échelle).

Nous pouvons l’utiliser pour déterminer la distance entre deux points sur la carte sanspasser par la multiplication par le facteur de réduction. On compare alors la longueurmesurée à cette échelle graphique en utilisant la subdivision secondaire à la gauchepour estimer des fractions de kilomètres. Un exemple est donné ci-dessous où ladistance indiquée est d'environ 7,5 kilomètres ou 7 500 mètres.

Il est intéressant à noter que lorsque on réduit ou on agrandit la carte, seule l’échellegraphique peut nous informer sur le nouveau rapport de similitude car elle est réduite ouagrandie de la même manière que notre carte originale.

Une autre façon de calculer une distance est d’appliquer la formule bien connue en seservant des coordonnées UTM des points :

Distance entre A et B = ( ) ( )2 B A2

B A N N E E −+−

SUPERFICIES

Une carte topographique permet de mesurer une surface. Pour ce faire, différentestechniques peuvent être employées. Par exemple, on peut utiliser un appareilspécialement conçu, le planimètre. En l’absence de cet appareil, une autre technique estcelle d’une grille où chaque carré correspond à une unité de surface à l’échelle de lacarte. Le comptage du nombre de carrés qui tombent à l’intérieur de la figure est uneméthode relativement correcte d’estimation de la superficie. Bien sûr, si la forme ducontour correspond à une figure géométrique standard (parallélogramme, triangle,

trapèze, etc.) il est facile de calculer sa superficie par la mesure de deux ou troislongueurs.

ORIENTATIONS

Une carte topographique permet de trouver l’orientation (par rapport au Nord)d’une direction quelconque. Une carte topographique contient l’information nécessairepour s’orienter par rapport au Nord. Cependant il y a trois nord : le nord géographiqueoù les méridiens convergent ; le nord magnétique que l’aiguille d’une boussole pointe,


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ainsi que le nord de la grille UTM (ou MTM). Ce dernier n’est pas un point comme lepôle Nord ou le pôle magnétique, car les lignes Nord-Sud de la grille demeurentparallèles au méridien central du fuseau UTM (ou MTM). En marge de la carte nousavons un diagramme montrant les différences entre ces trois nord. Partant de la grilleUTM (ce qui est le plus facile) on définit l’orientation d’une direction par rapport au nordde la grille, et par la suite, à l’aide du diagramme, par rapport au nord géographique ou

magnétique.

ALTITUDES

Une carte topographique permet de connaître l’altitude d’un point quelconque.Une carte topographique nous fournit les éléments nécessaires pour estimer l’altitude.Ce sont les courbes de niveau, i.e. des lignes joignant des successions de points demême altitude (=élévation d’un point au-dessus du niveau moyen de la mer, N.M.M.).Les altitudes sont exprimées en pieds (anciennes cartes) ou en mètres et les courbessont tracées à une équidistance souhaitée (p.ex. 10 m). Il y a aussi une série de pointsbien définis sur la carte appelés points cotés où l’altitude est indiquée sur la carte. Si lepoint ne se trouve pas sur une des ces courbes nous utilisons les principes

d’interpolation entre courbes de niveaux :Marche à suivre :1. Déterminer l’équidistance ainsi que

l’unité de mesure des altitudes (piedsou mètres). Dans nos exemples nousallons supposer que les altitudes sontmesurées en mètres et l’équidistanceest de 20 m.

2. Trouver la courbe maîtresse (unecourbe è trait plus épais que lesautres) la plus proche au point et lireson altitude

3. Déterminer si le point se trouve plus

haut ou plus bas de cette courbemaîtresse en identifiant la prochainecourbe maîtresse la plus proche dupoint.

4. Si les points tombent sur des courbesde niveau ou sont sur le sommet d’unecolline voir l’exemple 1

5. Si les points se trouvent entre deuxcourbes de niveau voir l’exemple 2.

6. Si le point se trouve dans le fond d’unedépression la façon d’opérer est lamême comme dans le cas du point (c)de l’exemple 1 sauf qu’ici on descend

en altitude (Exemple 3).

Exemple 1 : Déterminez les altitudes despoints (a), (b), et (c). Le point (a) se situe sur ladeuxième courbe intermédiaire entre lescourbes maîtresses de 500 m et de 600 m, etplus proche de celle de 500 m. Étant donnél’équidistance de 20 m, le point (a) se trouvedonc à 540 m. Le point (b) se trouve sur laquatrième courbe intermédiaire entre lescourbes maîtresses de 500 m et de 600 m, etplus proche de celle de 600 m, donc sonaltitude est de 580 m. Le point (c) se trouve ausommet d’une colline. Comme ce point ne setrouve pas entre deux courbes de niveau noussavons que son altitude ne doit pas dépassercelle de la courbe la plus proche (600 m) + une

équidistance (20 m). Nous pouvons quandmême lui assigné une altitude approximative,disons 610 m


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Exemple 2 : Déterminez les altitudes despoints (a), (b), et (c). Le point (a) se trouveplus proche de la courbe de 100 m et à peuprès à un quart de la distance avec laprochaine courbe. Puisque le point (a) est plushaut que 100 m on aura 100 m + ¼ del’équidistance = près de 105 m. Le point (b) setrouve à mi distance entre les courbes 160 m

et 180 m donc à une altitude d’environ 170 m.Finalement le point (c) se trouve plus prochede la courbe de 200 m à un quart de ladistance entre les courbes 200 et 180 m, doncson altitude sera d’environ : 200 m – ¼ del’équidistance = 195 m

Exemple 3 : La dépression apparaît entre ladeuxième et la troisième courbe intermédiaireentre les courbes maîtresses de 200 m et de300 m. Compte tenu de l’équidistance de 20 mle contour de la dépression se situe quelquepart entre 240 et 260 m. Nous pouvons ainsidire qu’à l’intérieur de la dépression l’altitude sesitue à 240 m – ½ de l’équidistance, soit à 230

m environ.

RELIEF

Une carte topographique permet d’apprécier le relief topographique du territoire.La densité des courbes de niveau à un endroit précis et leur forme nous donne uneindication claire sur le relief topographique comme dans l’exemple ci-après nous

montrant une petite colline dissymétrique à droite. Nous pouvons allez plus loin dansl’appréciation du relief en extrayant des profils, en estimant l’angle de pente du terrain,etc.


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CONTENU D’UNE CARTE

Une carte permet de connaître la nature des certains éléments qui composent unpaysage (planimétrie). Plusieurs détails physiques (réseau hydrographique, boisés,milieux humides, etc.) sont montrés sur une carte par des symboles stylisés que l’on

peut vite mémoriser pour décortiquer son contenu. Au besoin, au verso de la carte, il y ala liste exhaustive des symboles utilisés. Il en va de même pour les élémentsanthropiques (routes, chemins de fer, bâtiments, etc.). Lorsque les élémentsplanimétriques sont de petite dimension vis-à-vis l’échelle de la carte, ils sont soitreprésentés par un symbole (pas à leur taille réelle) ou sont carrément omis.

Nom de l'élément Symbole Nom de l'élément Symbole

École; caserne depompiers; Poste depolice

Route - revêtementdur, toute saison(couleur rouge-brun)

Église; lieu de culte nonchrétien; lieu de

pèlerinage

Route - revêtementdur, toute saison

(couleur rouge-brun)

Bâtiment

Route de gravier,aggloméré, toutesaison(couleur orangée)

Centre de serviceRoute de gravier,temps sec(couleur orangée)

Poste de douaneRoute pour transportrapide

Station de la gardecôtière

Route en

construction (lalargeur et la couleurvarient selon laclassification)

Ruines Sentier ou portage

FortRond-point(couleur rouge-brun)

Numéros de route

RÉSOLUTION D’UNE CARTE

La résolution planimétrique d’une carte définit la précision avec laquelle nous pouvonsmesurer une distance, une longueur, une surface quelconque. Souvent on prend commerésolution planimétrique le quart du mm. Ainsi si l’échelle est 1 :50 000, la résolution (14du mm) correspond à une distance au sol de 12,5 m qui signifie la marge d’erreur lorsd’une mesure sur la carte. La résolution altimétrique définie la précision avec laquellenous pouvons estimer une altitude. Souvent on la définit comme la moitié del’équidistance entre courbes de niveau.


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LABORATOIRE 1-BPHOTOGRAPHIE AÉRIENNE

La photographie aérienne a été le premier moyen de télédétection utilisé pour faire

l’inventaire des ressources terrestres et pour cartographier le territoire. Comme date denaissance de la photographie aérienne on admet aujourd’hui l’année 1858, lorsqueGaspar Félix Tournachon (dit Nadar) photographia de son ballon le quartier de l’Étoile àParis. Les deux guerres mondiales (1914-1918 et 1942-1945) contribuèrent à l’essor dela photographie aérienne comme moyen de renseignement militaire. Dans l’entreguerres (années 1920) on commence aussi à faire des levés photogrammétriques, i.e.des mesures précises des objets au sol et des altitudes du terrain en se servant desstéréophotographies, dans le but de cartographier le territoire. L’interprétation desphotographies aériennes (photo-interprétation) et les opérations photogrammétriques(stéréo-restitution) définissent à toute fin pratique la télédétection jusqu’aux années1970 environ. Cette époque marque un tournant important dans l’histoire de latélédétection avec l’introduction massive des capteurs électroniques et de la possibilité

d’enregistrer des images en format numérique, i.e. directement exploitables parordinateur. En plus d’éliminer le processus encombrant du développement chimique desphotographies, avec ces capteurs numériques, nous exploitons aujourd’hui pleinementle rayonnement solaire réfléchi (la photographie n’exploite qu’une portion de cerayonnement) ainsi que d’autres formes du rayonnement électromagnétique provenantdes objets (rayonnement émis par les objets, rayonnement des sources artificielles). Laphotographie aérienne est présentement confinée à la cartographie topographique parcequ’elle offre encore certains avantages par rapport aux images numériques : à la foisgrande couverture de surface et finesse du détail visible. Il n’en demeure pas moins queles photographies aériennes, prises surtout la deuxième moitié du 20e siècle, constituentune archive riche pour les études historiques.

Quant à la photographie par satellite, le problème de récupération du filmphotographique a limitée son acquisition à partir des vaisseaux habités. Seuls les russescontinuèrent leur programme d’acquisition des photographies spatiales par des satellitesautomatiques. À la fin de la mission, le module du satellite incluant la caméraphotographique était injecté et récupéré sur Terre. Si l’on inclut dans les photographiesspatiales, celles prises par fusée, nous pouvons citer comme date de la premièrephotographie spatiale l’année 1946. Une caméra de 35 mm, montée à bord d’une fuséeV2, prend alors les premières photos de la Terre d’une altitude de 130 km. Pour lesphotographies prises par satellite (habité ou non), il faut atteindre les années 1960 oùdivers programmes spatiaux se mettent en branle aux USA et à l’ex-Union Soviétique.


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ACQUISITION DES PHOTOGRAPHIES AÉRIENNES

La photographie aérienne exploite le rayonnement solaire réfléchi par les objets etle phénomène de réaction photochimique entre ce rayonnement et le filmphotographique pour former à distance une image de la scène visée par une

caméra photographique.

C’est quoi le rayonnement solaire?

Le rayonnement solaire est une forme particulière du rayonnement électromagnétique.On admet que le rayonnement électromagnétique ce de l’énergie qui est émise par unesource et qui se propage à une vitesse voisine à 3x108 m/sec (vitesse de la lumière) ensuivant un mouvement ondulatoire. Les ondes électromagnétiques comportent une ondeélectrique et une onde magnétique indissociables. La longueur d’onde (λ) représente ladistance nécessaire pour que l’onde électrique (ou magnétique) reprenne son amplitudeinitiale.

On admet aussi qu’à une échelle microscopique, le rayonnement est composé demicroparticules, les quanta ou photons. Le photon a une masse pratiquement nulle.Lorsque il y a transformation de l’énergie électromagnétique à une autre forme d’énergieet vice-versa, ces échanges énergétiques se font par des quantités discrètes dont l’unitéest l’énergie transportée par un photon. Plus de détails sur le rayonnementélectromagnétique seront donnés au Module 2 du cours.

Le soleil émet des quantités énormes de rayonnement électromagnétique. On estimeque l’éclairement solaire aux confins de l’atmosphère se lève en moyenne à quelques

1350 W/m2

(constante solaire). Par éclairement on veut dire la quantité d’énergie quitraverse par seconde (ou flux) une surface de 1m2. Comme le montre la figure 1, ce fluxénergétique n’est pas également réparti dans le spectre. La plus grande partie se trouvedans la gamme des longueurs d’ondes du visible du spectre électromagnétique(longueur d’onde : 0,4μm à 0,7 μm)1, Il y a aussi du rayonnement invisible (ex. ultravioletet infrarouge) mais en plus petites quantités.

Figure 1 : Distribution spectrale de l’éclairement solaire hors atmosphère et, après passagepar l’atmosphère, au niveau de la mer.

1 1 μm = 1 millième du millimètre (10-3 mm) ou un millionième du mètre (10-6 m)


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Le rayonnement dans le visible, peu importe sa source, est appelé souvent, la lumière.La lumière solaire selon sa longueur d’onde dominante nous donne une sensationdifférente que nous appelons communément la couleur (spectrale; voir Boîte 1 plus loin).

L’atmosphère terrestre avec ses gaz constitue un filtre, variable selon la longueur d’onde,qui réduit (par absorption) plus ou moins fortement l’éclairement qui atteint la surface

terrestre. La figure 1 nous donne une idée de cette diminution de l’éclairement solairedirect à la surface terrestre. On parle du rayonnement solaire direct pour le distinguerd’un autre type d’éclairement qui arrive en même temps au sol via le firmament. Lesparticules qui composent l’atmosphère n’absorbent pas seulement le rayonnement maisaussi elles en diffusent une partie. La quantité du rayonnement diffusé et sa longueurd’onde dominante dépendent du type de particules ainsi que de leur taille. Plus lespetites particules dominent, par exemple les molécules des gaz atmosphériques, plus lerayonnement solaire de courte longueur d’onde est diffusé. Ce qui explique la couleurbleue du ciel lors d’une journée claire. Plus les grosses particules dominent plus lerayonnement solaire dans l’ensemble du visible (et moins dans l’infrarouge) est diffusé.Le ciel passe alors d’une couleur bleue à une couleur jaunâtre/blanchâtre (présence despolluants atmosphériques ou des poussières) à du blanc (présence des nuages). En

conclusion, l’éclairement solaire qui arrive à la surface terrestre est composé del’éclairement solaire direct (photons pas absorbés ou diffusés par l’atmosphère) et del’éclairement diffus du firmament (photons diffusés par l’atmosphère). Le premier est unéclairement directionnel et sa quantité dépend, à part des conditions atmosphériques,de la position à l’horizon du soleil. Le deuxième est un éclairement omnidirectionnel, lesphotons peuvent arriver de n’importe quelle direction. De quelle direction elles arriventen plus grande quantité et quelle est la longueur d’onde dominante dépend de lacomposition de l’atmosphère et de la position du soleil à l’horizon. On estime qu’enmoyenne l’éclairement du firmament constitue quelques 10% à 20% de l’éclairementtotal qui arrive à la surface.

La figure 2 est une preuve visuelle de l’existence des ces deux composantes du

rayonnement solaire. La photo (a) a été prise sous un ciel clair. Compte tenu de laposition du soleil au moment de la prise de cette photo (relativement bas à l’horizon),plusieurs photons arrivant directement de la direction du soleil sont « bloqués » par lesbâtiments. Ainsi la partie arrière de bâtiments ne reçoit que l’éclairement du firmamentqui est, comme nous l’avons mentionné, que quelques 10% de l’éclairement total reçupar les surfaces bien éclairées par le soleil. La différence entre la quantité durayonnement solaire réfléchi (voir point suivant) par les surfaces où l’éclairement directest bloquée et les surfaces bien éclairées par le soleil, est tellement grande qu’à nosyeux les premières nous apparaissent peu brillantes par rapport au reste. Nous parlonsdes zones ombragées ou éclairées. La photo (b) a été prise sous un ciel parfaitementcouvert par les nuages. Ces derniers bloquent complètement l’éclairement solaire direct.Ce qui arrive à la surface est le rayonnement diffusé par les nuages et les autres

particules atmosphériques. Son caractère omnidirectionnel fait que toute surface estéclairée presque uniformément. Les zones d’ombres ne sont plus visibles.


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(a) (b)

Figure 2 : Photos prises sous un ciel clair (a) et sous un ciel couvert de nuages (b)

C’est quoi le rayonnement solaire réfléchi?

Les matériaux de surface terrestre agissent de trois façons devant le rayonnementsolaire (direct ou indirect) : a) ils absorbent une partie, i.e. l’énergie électromagnétiqueest transformée à une autre forme d’énergie; b) ils réfléchissement une partie, i.e. ilsrestituent le rayonnement solaire dans l’espace ambiant mais dans des directions pasnécessairement les mêmes que celles de la provenance des photons; et c) ils laissentpasser les photons à l’intérieur de leur corps. Dans ce dernier cas, les photons, aprèsavoir parcouru un certain trajet, peuvent être absorbés ou diffusés (comme dans le casde l’atmosphère) et une partie des photons diffusés peut retraverser le volume dans unedirection opposée et ressortir du corps dans l’espace ambiant. Ici on parle de la réflexion(ou diffusion) de volume en opposition au phénomène de réflexion qui a lieu sur une« peau » mince de la surface du matériau (ou réflexion de surface). La réflexion devolume sera examinée avec plus de détails au Module 5 de notre cours où il seraquestion des études sur la qualité de l’eau. À part l’eau, les autres matériaux de surfacesont « opaques » et ainsi seuls les phénomènes d’absorption et de réflexion de surfaceont lieu.

En photographie aérienne on ne s’intéresse qu’au rayonnement réfléchi. Pour décrire lacapacité de l’objet de réfléchir le rayonnement solaire nous utilisons une grandeur (sansdimensions), la réflectance. C’est le rapport entre le flux du rayonnement solaire réfléchiet celui qui est reçu par la surface. Il varie donc entre 0 (absorption complète) et 1(réflexion totale). Comme la figure 3 nous laisse comprendre, chaque objet selon sespropres caractéristiques, réfléchira des portions variables de rayonnement solaire selonla longueur d’onde. Le spectre de réflectance est appelé « la signature spectrale » del’objet.


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0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Longueur d'onde (micromètres)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

R é f l e c t a n c e ( %

)

AluminiumCuivreConifères

FeuillusHerbe sècheHerbe verteBéton

Asphalte

Figure 3 : Réflectance de différents matériaux dans le visible (0,4-0,7 μm), le procheinfrarouge (0,7-1,3 μm) et l’infrarouge à courtes longueurs d’ondes (1,3-3,0 μm).

Certains objets ont la capacité de concentrer le rayonnement solaire réfléchi dans unedirection privilégiée et d’autres de le diffuser dans n’importe quelle direction. Ceci estprincipalement dû à la micro-géométrie de la surface (aspérités). Ainsi un objet sansaspérités importantes (objet lisse) réfléchira le rayonnement solaire dans une seuledirection. On parle alors d’un réflecteur spéculaire. La surface d’eau calme approche untel réflecteur spéculaire. Un objet qui possède des aspérités importantes est unréflecteur diffus. Un réflecteur diffus idéal est celui qui réfléchit la même quantité durayonnement peu importe la direction. Un papier blanc mat est un matériau qui approcheun tel réflecteur. Ce réflecteur idéal est appelé réflecteur isotrope ou réflecteurlambertien (du nom du mathématicien français Lambert). Les objets réels ne sont ni desréflecteurs spéculaires ni des réflecteurs lambertiens parfaits. Nous verrons plus loin

(laboratoire 1-D) les répercussions des ces types de réflecteurs sur la photographieaérienne.

Une partie du rayonnement réfléchi, plus ou moins grande selon le type de réflecteur,est dirigée vers la caméra photographique. Dans son parcours il perd en force, dû à ladiffusion et l’absorption atmosphérique ainsi qu’en raison de la distance (en fait le carréde la distance) qui sépare le sol de la caméra. Cette diminution de l’intensité a desrépercussions importantes sur la technologie des caméras photographiques ainsi que laconstitution des films photographiques comme il le sera question un peu plus loin.

L’atmosphère elle-même (excluant les nuages) est un réflecteur diffus du rayonnementsolaire, comme nous l’avons mentionné plus haut. Sur le rayonnement réfléchi de la

surface s’ajoute donc une portion du rayonnement diffusé par l’atmosphère dans ladirection de la caméra. Ce rayonnement « parasite » n’est pas si important en quantitémais, selon la longueur d’onde et les conditions atmosphériques, il peut créer un voilesur la photo qui peut rendre l’image des objets au sol floue (diminution des contrastes).Pour contrecarrer cet effet de voile nous employons des filtres que nous examineronsbrièvement plus loin.


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C’est quoi une réaction photochimique?

Le système de collecte de la caméra (voir plus loin) capte une partie du rayonnementréfléchi et la focalise sur la surface du film photographique. Une couche du film,l’émulsion photographique, contient des substances dites photosensibles. Si lerayonnement auquel elles sont exposées apporte suffisamment d’énergie, des électrons

peuvent être libérés causant ainsi l’ionisation des leurs molécules. L’émulsion avec sesions est une image latente. Cette image est traitée au laboratoire pour la « fixer » sur lapellicule. Ce processus est expliqué par la suite en fonction des deux types de filmphotographique : ceux en noir et blanc et ceux en couleur.

Les films en noir et blanc

Ces films, d’une épaisseur entre 0,08 à 0,18 mm, sont composés d’une base enpolyester ou en acétate enduite de l’émulsion photographique. L’émulsion est unesuspension de cristaux d’halogénures d’argent (le plus souvent des bromures d’argent :

AgBr) dans une couche de gélatine. L’émulsion est en fait une mosaïque de cristauxd’halogénure, de formes irrégulières (comme des flocons de maïs) et de dimensions

différentes (entre 1 et 4 μm), dispersés aléatoirement dans la gélatine. D’autres couchessont ajoutées pour protéger l’émulsion des rayonnements parasites (couche anti-halo)ou des stresses mécaniques (couche de protection). La figure suivante montreschématiquement la structure d’un tel film.

Les halogénures d'argent ne sont sensibles qu’à l’ultraviolet, le bleu et le vert. Enajoutant des pigments aux cristaux, ils deviennent sensibles aussi à autres longueursd’ondes. Cependant leur sensibilité ne dépasse par les 0,9 μm (proche infrarouge). Enobservant les figures 1 et 3, il est clair que la photographie aérienne n’exploite qu’enpartie le rayonnement solaire réfléchi. Pour exploiter pleinement ce rayonnement nousavons besoin d’autres types de « détecteurs » comme il sera question au Module 2. Lesfilms en noir et blanc disponibles sont les suivants :

- films sensibles à l’UV;- films sensibles au bleu (de l’UV jusqu’au vert)- films orthochromatiques (de l’UV jusqu’au rouge)

- films panchromatiques (de l’UV jusqu’au proche infrarouge)- films infrarouges (sensibles à toute la gamme de longueurs d’ondes de

l’ultraviolet au proche infrarouge)Les films panchromatiques étaient et le sont encore de loin les plus utilisés pourl’acquisition des photographies aériennes en noir et blanc. Le graphique suivant nousdonne une idée du degré de sensibilité des films panchromatique et infrarouge auxdifférentes longueurs d’onde. On observe que le film panchromatique est moins sensibleau rayonnement dans l’UV et le bleu que le film infrarouge, tous deux étant moins


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sensibles au vert qu’au rouge. Le film panchromatique n’a aucune sensibilité au procheinfrarouge.

Figure 4 : sensibilité des émulsions panchromatique et infrarouge

Un photon qui frappe un des cristaux d’halogénure, dans les longueurs d’ondes où lefilm photographique est sensible, peut apporter l’énergie suffisante qui modifielocalement la structure chimique de l’émulsion en libérant le brome, qui est absorbée parla gélatine, et l’argent moléculaire ionisé (réaction photochimique). Cette modification dela structure de l’émulsion est d’autant plus importante que le nombre de photons qui ontété absorbés à cet endroit précis est grand. On parle de la création de l’image latente.

Au laboratoire on emploie un révélateur qui réduit les cristaux sensibilisés en argentatomique pur. Le fixateur dissout finalement les halogénures non réduites et l’imagefinale est ainsi produite. Puisque l’argent atomique est noir, l’image obtenue, à part d’unrenversement de la géométrie de l’objet, montrera aussi un renversement des tonalitésde gris (moins de photons, moins d’argent ionisé alors tonalité brillante; plus de photons,plus d’argent ionisé, alors tonalité foncée). On parle alors d’un négatif. Le négatif peut

ensuite, par un processus analogue, faire exposer le papier photographique avec unrenversement de nouveau de la géométrie et des teintes de gris pour un positif agrandiou seulement des teintes de gris, pour un positif développé en contact. La figure 5montre schématiquement ce processus de formation d’un négatif ainsi que d’un positif.


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(a)

Structure d’un positif(b)

Figure 5 : a) Création d’un négatif ; (b) inversion de la géométrie et des teintes, créations’un positif et structure d’un positif

La figure 6 montre un exemple d’un négatif et d’un positif obtenu avec un filmpanchromatique et un film infrarouge au-dessus du même territoire et à la même échelle.L’inversion des teintes et de la géométrie du négatif est évidente. Ce qui est frappant icic’est la différence des teintes des terrains couverts de végétation. Si l’on consulte lafigure 3, on constante que dans la gamme des longueurs d’onde du visible (zone de

sensibilité du film panchromatique, figure 4) la végétation est en général parmi les objetsles moins réfléchissants. Compte tenu aussi de la plus faible sensibilité du filmpanchromatique au rayonnement dans le vert, la végétation apparaît avec des tonalitésfoncées. Par contre, la végétation est particulièrement réfléchissante dans le procheinfrarouge (figure 3). Le film infrarouge étant sensible à ces longueurs d’onde (figure 4),il montre ainsi la végétation comme un objet brillant.


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Figure 6 : a) négatif et positif obtenus avec un film panchromatique; (b) négatif et positifobtenus avec un film infrarouge

Les films couleurs

Les films couleurs possèdent trois couches différentes avec des halogénures d’argentauxquelles on ajoute des pigments. Ces pigments permettent la sensibilisation descristaux d’argent dans chaque couche au rayonnement avec des longueurs d’ondesspécifiques ainsi que la coloration caractéristique des ces couches une fois le filmdéveloppé au laboratoire. Il y a deux types de film couleur : ceux dites couleursnormales et ceux dites couleurs fausses. Examinons chacun des ces types. La théoriedes couleurs et de leur formation est revue brièvement dans la Boîte 1.


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Couleurs normales

Les photographies prises avec ce film restituent les couleurs qu’on aurait dues percevoirsi on regardait la scène du haut des airs. La structure du film couleurs normales etmontrée par la figure 7a. On distingue les trois couches caractéristiques avec des

halogénures d’argent et le type de pigments ajoutés par couche de colorationcaractéristique après développement (jaune, magenta et cyan). La sensibilité dechacune des couches est montrée par la figure 7b. On peut noter que les deux couchesavec des pigments magenta et cyan ont un pic de sensibilité au rayonnement dans levert et le rouge respectivement mais sont aussi sensibles au bleu. Pour empêcher quele rayonnement dans le bleu qui provient des objets influence toutes les trois couchesnous ajoutons une couche (filtre) qui bloque ce rayonnement tel qu’indiqué à la figure 7a.Cette couche filtre se dilue lors du développement n’affectant guère la couleur desobjets sur la photo.

(a)

(b)Figure 7 : film couleurs normales (a) structure; (b) sensibilité des couches


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Deux types de pellicules existent : les pellicules négatives et les pellicules diapositives.Dans le cas d’une pellicule négative, un négatif couleur (transparent) est obtenu. Cenégatif est utilisé comme les négatifs en noir et blanc dans une séquence négatif-positif.Les négatifs couleurs, comme les négatifs noir et blanc, manifestent un inversement dela géométrie de la scène et d’intensité de la lumière provenant de la scène. Les couches

jaunes, magenta et cyan manifestent aussi un régime de couleur qui est le complémentde la scène originale. Les positifs préparés par de tels négatifs reproduisentcorrectement la géométrie, l’intensité et la couleur de la scène originale. La figure 8montre le processus de formation d’un positif couleur. Dans le cas des diapositives letransparent positif constitue le premier produit fini après le traitement (couleursinversées).

(a) Négatif

(b) Diapositive (couleurs inversées)Figure 8 : Formation d’un négatif couleur (a) et d’une diapositive (b). La scène

photographiée contient des objets blancs, noirs, rouges, verts et bleau.


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Couleurs fausses

Dans les années 40 on a inventé un autre film couleur dit ‘camouflage’ afin de localiserdu haut des airs les endroits où des engins de guerre étaient cachés sous la végétationcoupée. D’où le nom du film « camouflage ». Ici dans une des trois couches, les

pigments ajoutés permettaient la sensibilisation des cristaux d’argent par lerayonnement invisible dans le proche infrarouge. Cette couche après développementcontrôlait la sensation du rouge. Les deux autres couches étaient sensibilisées par lerayonnement dans le vert (sensation du bleu) et dans le rouge (sensation du vert).Puisque la végétation en santé réfléchit beaucoup dans le proche infrarouge (voir figure3) sur une telle photo, elle cause une sensation dominante du rouge. Par contre unevégétation coupée qui commence à s’assécher cause une sensation de couleurdifférente car elle réfléchit aussi d’une façon forte dans des longueurs d’ondes autresque l’infrarouge (ex. herbe sèche de la figure 3). Aujourd’hui on parle d’un film couleurinfrarouge ou couleurs fausses. Des exemples des photos couleurs normales etcouleurs fausses du même sujet sont montrés par la figure 9. Le feuillage vert apparaîtrouge tandis que le feuillage asséché ou malade, avec des colorations différentes. Tel

que montré par la figure 10, les trois couches d’un tel film sont sensibles aussi dans l’UVet le bleu. Pour empêcher ce rayonnement d’activer ces couches nous employonstoujours un filtre optique (voir plus loin) qui le bloque (partie grise de cette figure). Pourle développement des ces films, les mêmes techniques que précédemment sontemployées

Figure 9 : Comparaison de la coloration des mêmes sujets sur une photocouleurs normales et couleurs fausses.


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Figure 10 : Comparaison de la coloration des mêmes sujets sur une photocouleurs normales et couleurs fausses.


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Boite 1 : La couleurLes couleurs spectrales

Lorsque la lumière blanche du soleil passe à travers unprisme les couleurs dites pures spectrales apparaissent.C’est dans les années 1670 que Isaac Newton (1642-

1726) découvrit ce procédé de décomposition de lalumière. Les différentes couleurs perçues par l’œil et lecerveau humain correspondent à des longueurs d’ondesspécifiques du rayonnement solaire dans la partie duvisible (de 400 nm à environ 740 nm). Newton nommasept couleurs (plutôt des plages des longueurs d’ondes)tel que montré dans le tableau suivant. Aujourd’huiplusieurs ignorent l’indigo car il est difficile à distinguer. Ilest à noter que l’intensité de la couleur peut altérersignificativement la perception des couleurs spectrales.Par exemple une couleur jaune-orange de faible intensitépeut être perçue comme du brun

Couleur Intervalle des longueurs d’ondeViolet ~ 400–440 nm Indigo ~ 440–460 nmBleu ~ 460–490 nm Vert ~ 490–560 nmJaune ~ 560-590 nmOrangé ~ 590-630 nmRouge ~ 630–700 nm

La couleur réfléchie

Les couleurs perçues sont pour la plupart des couleurs réfléchies par les objets et ne sont pasdes couleurs spectrales. Le rayonnement solaire réfléchi dont la longueur d’onde est dans lazone spectrale du visible est converti par des photo-pigments dans les cônes rétinals en troissignaux qui correspondent à la réponse des trois types de cônes. Cette réponse est fonctionde la longueur d’onde et elle est décrite par les courbes de sensibilité spectrale des cônes auxlongues (L), moyennes (M) et courtes (C) longueurs d’onde, montrées à la figure ci-contre.

Mécanisme de perceptio n

La lumière provenant d’un objet a sa propre distribution spectrale. Cette distribution est convertie par les cônes en trois réponsesselon la sensibilité des cônes. Ces réponses proviennent de l’intégration du produit de la sensibilité spectrale des cônes et de lalumière provenant de l’objet. La figure ci-dessus illustre ce processus. En multipliant le spectre de la lumière par les courbes desensibilité des cônes et en intégrant nous obtenons les trois signaux couleurs fondamentales pour la perception de la couleur par lecerveau (bleu-vert-rouge). La hauteur des barres montre l’intensité relative des trois signaux fondamentaux dans cet exemple.

Deux principes importants découlent de ce processus de perception humaine pour la formation des images en couleur : a) Latrichromaticité : tout spectre peut être réduit à trois valeurs précises sans perte d’information en regard du système visuel et b) Lemétamérisme : les couleurs produits par des spectres qui donnent exactement la même réponse trichromatique sont indistincts.L’exemple ci-dessous illustre le métamérisme avec deux spectres différents de lumière visible pouvant créer la même sensation decouleur. Dans cet exemple la couleur résultante est celle de la barre violette dans le coin supérieur.


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Boite 2 : La couleur (suite)

Formation des images en couleur

La formation des couleurs par des moyens artificiels peut se faire en combinant les trois couleurs fondamentales (bleu, vert, rouge)et en modifiant leur intensité relative. Ces trois couleurs fondamentales sont appelées couleurs primaires additives. C’est la façonqui est suivie par le moniteur couleur d’un ordinateur ou d’un téléviseur ainsi que par les méthodes de lithographie. Si l’on projettesur un écran blanc des lumières formées de couleurs primaires additives (proportions égales des trois couleurs primaires), onobtient :Lumières bleue + verte + rouge = blancLumières bleue + verte = cyanLumières bleue + + rouge = magentaLumières verte + rouge = jauneOn pourrait ainsi obtenir toutes les couleurs désirées en modifiant l’intensité ou la densité d’une couleur additive par rapport àl’autre. Ainsi, Lumières ½ verte + rouge = orange

Les couleurs cyan, magenta et jaune sont appelées couleurs primaires soustractives. Toutes les couleurs peuvent être aussiformées par la soustraction de la lumière blanche par des filtres des ces trois couleurs primaires soustractives. Ce procédé estutilisé dans toutes les pellicules en couleurs et la peinture. Quelques exemples :Lumière blanche + filtre magenta = magentaLumière verte + filtre magenta = noirLumière blanche + filtre cyan = cyanLumière rouge + filtre magenta = noirLumière blanche + filtre jaune = jaune

Lumière bleue + filtre jaune = noir

La figure suivante illustre ces deux procédés de la formation de la couleur. Comme nous pouvons le constater, le filtre d’une couleursoustractive laisse passer les deux couleurs primaires additives dont la combinaison donne naissance à cette couleur particulière.Par exemple un filtre jaune lorsque exposé à la lumière blanche, ne transmettra que le vert et le rouge. C’est pourquoi on utilisebeaucoup ce type de filtre pour éliminer le rayonnement bleu, résultat de la brume atmosphérique, ou on l’introduit dans lacomposition de l’émulsion couleur (voir texte).

Addition des couleurs Soustraction des couleurs


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C’est quoi une caméra photographique?

Au fil des ans différents types de caméras ont été inventés afin de répondre à desobjectifs cartographiques particuliers. À l’heure actuelle, seule la caméra (ou chambre)métrique est encore utilisée. Celle-ci est destinée à la prise de photos d’une grande

qualité nécessaire à la confection des cartes topographiques. Les photos produites sontdes instantanées et on parle aussi de clichés photographiques. La figure 11 montreun type de caméra métrique, ses accessoires ainsi que son installation à bord d’un avion. Les avions reçoivent un équipement particulier : trappes pour les chambresphotographiques, aménagement d'un poste ad hoc pour le navigateur, etc. Ils doiventvoler à une altitude constante et suivant des axes rectilignes préétablis. Cela exige unenavigation délicate pour laquelle on utilise des viseurs spéciaux, des systèmes Dopplerou radar, etc. Le corps de la caméra inclut aussi un dispositif électrique pour le contrôlede la durée d’une pose (obturation), de l’avancement et de la planéité du film durantl’exposition. Le mouvement de l’avion peut causet « une traînée » ou « flou » sur l’image.Pour éviter cet effet, plusieurs caméras sont équipées d’un dispositif de compensationdu mouvement de l’image.

(a)

(b)

Figure 11 : Comparaison de la coloration des mêmes sujets sur une photo couleurs normales etcouleurs fausses


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Les composantes d’une caméra métrique standard sont montrées par le schéma de lafigure 12. On distingue deux parties : le cône de l’objectif et le magasin. La premièresupporte le système de collecte du rayonnement solaire tandis que le magasin, lesystème d’enregistrement du film. Voyons les éléments de chaque partie illustrés à lafigure 12, en commençant par le cône.

Diaphragme

Obturateur

Filtre

A x e o p t i q u e

Objectif

Plan focal

Surface del'image

Distancefocale (f)

Magasin

Corps

Cône del'objectif

Film

Bobine deravitaillement

Bobine deramassage

Champ angulaire de vue

Blocage dudéroulement

Figure 12 : Représentation schématique des composantes d’une chambre métrique

Le cône de l’ob jectif.

Au front du cône de l’objectif, on distingue le filtre. Vient par la suite l’objectif, illustré icipar un système de deux lentilles, avec l’obturateur et le diaphragme entre les deuxlentilles.

Le filtre. Son rôle est de contrôler une caractéristique du rayonnement solaire quiexposera le film : soit ses longueurs d’onde, soit la polarisation, soit son intensité selonsa direction de propagation, etc. Souvent il s’agit de lames de verre, surfacéesoptiquement et teintées avant fabrication. Lorsque ces filtres sont fabriqués à l’aide defeuilles minces de gélatine teintée (placés ou non entre des glaces optiquestransparentes) ils portent le nom de filtre de gélatine ou filtres Wratten. Sur la figure 11bon peut voire différents types de filtres exposés au sol en avant plan. Ceux avec une

teinte foncée, ce sont des filtres qui contrôlent les longueurs d’ondes du rayonnementsolaire. Ils sont appelées filtres sélectifs et on peut les diviser en trois catégories: a) lesfiltres passe-haut qui bloquent le rayonnement d’une longueur d’onde inférieure à unevaleur seuil; b) les filtres passe-bas qui bloquent le rayonnement d’une longueur d’ondesupérieure à une valeur seuil; et c) les filtres passe-bande qui ne laissent passer que lerayonnement avec des longueurs d’ondes dans un intervalle spectral donné. Dans lecas des photographies aériennes, les filtres colorés les plus utilisés sont les filtrespasse-haut. Ces filtres servent surtout à éliminer les radiations dans les courtes


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longueurs d’ondes (UV et en partie ou entièrement le bleu) qui proviennentessentiellement de la brume atmosphérique. Toujours sur la figure 11b, on observe unautre type de filtre avec sa partie centrale plus foncée. C’est un filtre dit anti-vignettage,qui contrôle l’intensité du rayonnement selon sa direction de propagation. Généralementles objectifs ont tendance de faire chuter la quantité du rayonnement qui arrive à leurpériphérie par rapport à leur partie centrale. Un tel filtre réduit la quantité du

rayonnement qui expose le centre du cliché, obtenant ainsi une uniformité del’exposition de l’ensemble du film. Sans ce filtre, les bordures de la photo apparaissentplus sombre que le centre. Un troisième type de filtre est celui avec une teinte claireuniforme. C’est un filtre polarisant. Ceci réduit l’intensité du rayonnement réfléchi d’unefaçon spéculaire surtout par les surfaces d’eau. d’Il est à noter que les différents typesde filtre peuvent être utilisés en combinaison.

L’objectif. Il est la pièce maîtresse du système de collecte. Il un assemblage complexede plusieurs lentilles de verres différents. Avec l’objectif on exploite le phénomène de laréfraction des ondes pour pouvoir diriger le rayonnement selon sa direction depropagation à un endroit précis du film. C’est le principe d’une photo instantanée. Toutelentille convergente, ou système de lentilles, est caractérisée par sa longueur focale (ou

distance focale ou simplement focale) et par son diamètre d’ouverture maximal. Dansles caméras utilisées en télédétection, l’objectif est tenu à une position fixe par rapportau plan du film car les objets se trouvent toujours à des grandes distances (mise aupoint à l’infini) contrairement aux caméras d’amateurs. Ainsi on considère que la focaleest la distance qui sépare le centre de l’objectif du plan du film (figure 12). Pour la prisedes photos aériennes les focales vont habituellement de 85 à 305 mm.

Longueur focale et dimension du cliché photographique définissent le champ angulairetotal de vue du capteur (figure 12), autrement dit les directions de propagation durayonnement solaire admises a priori par l’objectif. Le champ de vue est calculé tenantcompte de la moitié de la distance diagonale du cliché ainsi que de la longueur focale dela caméra. Pour un cliché carré nous aurons donct :

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ×= − f 2

2atg2.)(degCVA 1

où CVA(deg) signifie champ de vue angulaire exprimé en degrés,tg-1 signifie arc-tangentea est la taille du cliché (supposé carré) exprimée en centimètres,f est la distance focale exprimée en centimètres.

Selon leur champ de vue, on distingue a) les téléobjectifs (jusqu’à environ 750); b) lesobjectifs grands angulaires (de 750 à environ 1000); et c) les super grands angulaires(plus que 1000). Les grands champs, 900 et 1200, sont le plus souvent utilisés pour lesprises de vues à basse altitude afin de maximiser l’étendue de surface couverte par un

cliché (voir plus loin). Cependant, pour les terrains très accidentés ou les milieux urbains,on choisit de préférence de plus petits champs correspondant aux focales de 210 et 305mm, afin de réduire les distorsions géométriques sur les clichés (voir plus loin).


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Pour un cliché de 230 mm nous aurons les types d’objectif suivants :

Type defilm

Longueur ducliché

Largeur ducliché

Longueur focale Angle dechamp

Type d’objectif

9" ´ 9" 230 mm 230 mm 85 mm 124,8 Super grandangulaire

9" ´ 9" 230 mm 230 mm 153 mm (6") 93.5 Grand angulaire9" ´ 9" 230 mm 230 mm 305 mm (12") 56.1 Téléobjectif

L’obturateur. Il est un mécanisme qui contrôle la quantité du rayonnement solaire quiexposera le film; en photo on parle de la durée d’une pose (ou vitesse d’obturation). Lesvitesses d’obturation sont normalement exprimées par des multiples de 2 : 1/125 sec,1/500 sec, 1/1000 sec, etc. Les caméras métriques intègrent l’obturateur entre leslentilles de l’objectif (figure 12).

a. L’obturateur s’ouvre : très peu de rayonnement est admisb. L’obturateur est à moitié ouvertc. L’obturateur est grand ouvert : une quantité suffisante de rayonnement est admise pour

produire une image de qualitéd. L’obturateur est en train de fermere. L’obturateur est presque fermé bloquant la plus grande parte du rayonnement de

pénétrer le capteur.

Le diaphragme. Il est un mécanisme qui contrôle l’ouverture utile de l’objectif. Il joue un

rôle analogue à l’iris de l’œil. Le rapport entre l’ouverture (diamètre) utile et la distancefocale est appelé le nombre ouverture ou F/STOP et il est à la base de la désignationde la vitesse d’un objectif spécifique :

d

f N =

où N est le nombre ouverture, f est la distance focale et d, le diamètre utile d’ouverture.La plus grande ouverture possible (ou vitesse de l’objectif) est F/1 et les valeurs

standard changent par incrément de 2 : F/1.4, F/2, F/2.8, F/4, F/5.6, F/8 ... F/32. Àchaque changement d’un incrément (par exemple de F/2 à F/2.8), la quantité durayonnement qui pénètre l’objectif baisse de moitié. En effet, la quantité du rayonnement(L) qui est collectée est directement proportionnelle au temps de pose (t) et au carré du

diamètre d’ouverture d : 2dtkL = Si le temps de pose est réduit de moitié, il faut doubler d2 pour une même quantité de

lumière. Ainsi le diamètre est multiplié par 2 ; en conséquence, le nombre ouverture

est divisé par 2 .

F/STOP et vitesse d’obturation sont des paramètres importants à tenir compte pourmaintenir une grande qualité et définition de l’image en fonction de la luminosité


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disponible lors de la prise de vue. Par exemple, pour la même distance focale, unobjectif rapide (grande ouverture ou l’équivalent petit F/STOP) favorisera la créationd’une bonne image lors des conditions de basse luminosité. Un petit F/STOP doit êtreaccompagné d’une plus grande vitesse d’obturation afin de maintenir la bonne qualité del’image.

Pour une certaine quantité de rayonnement nous pourrions avoir le choix des relationssuivantes :

Vitessed’obturation

1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15

Nombreouverture

2 2.8 4 5.6 8 11 16


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PROPRIÉTÉS ET UTILISATION DE LA PHOTOGRAPHIE AÉRIENNE

UNE NOTE EXPLICATIVE

Dans nos explications des propriétés des photographies aériennes nous utiliserons des

illustrations en tenant compte soit de la géométrie du négatif, soit du positif, ou parfoisdes deux. Tel que montré par la figure ci-dessous, le négatif présente les conditionsréelles de prise d’une photo (géométrie inversée par rapport au terrain) et il est situé enhaut de l’objectif à une distance égale à la focale de la caméra. Le positif, pour sa part,représente la situation avec la géométrie correcte (par rapport au terrain) et il est situéentre le terrain et l’objectif, à une distance de ce dernier égale à la focale de la caméra(même échelle que le négatif).

PROJECTION

Telle une carte topographique, une photographie aérienne est une projection d’unespace 3-D sur un plan. Cependant le type de projection n’est pas le même. La photographieaérienne instantanée est une projection centrale tandis qu’une carte topographique (une feuille)peut être considérée comme une projection orthographique. La figure 13 illustre les deux typesde projection dans le cas le plus simple d’une photographie verticale, i.e. une photographie priseavec l’axe optique de la caméra parfaitement aligné avec la verticale des lieux. Les implicationsde cette différence de système de projection sont illustrées schématiquement par la figure 14.

Dans le cas des cartes tout point du terrain est projeté sur le plan de la carte par un faisceau deslignes parallèles perpendiculaires au plan de la carte. Ainsi peu importe la géométrie de lasurface tout point est réduit à sa position sur le datum cartographique. Dans le cas des photos,tout point est projeté sur la surface du film par un faisceau de rayons qui convergent vers lemême point (le centre de l’objectif). Dans le cas d’un terrain plat (en ignorant la courbure de laTerre), la photo verticale présente la même géométrie qu’une carte (à la même échelle). Dans lecas d’un terrain accidenté les points surélévés (les sommets des pyramides de la figure 14) sontdéplacés par rapport à leur position sur une carte. Ce déplacement est d’autant plus fort que l’ons’éloigne du centre de la photo. Ce déplacement est appelé déplacement radial car la longueurdu déplacement est fonction de la distance de l’objet par rapport au point central de la photo.


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Plus l’objet (ici les sommets des pyramides) est éloigné du centre plus son dépacement est fort.Comme nous verrons par la suite, nous tirons profit de ces déplacements pour pouvoir observerles objets en 3-D (voir laboratoire 1-C : stéréophotographies) et extraire une information exactesur les altitudes des objets (procédé photogrammétrique).

Figure 13 : Différence de projection entre photo aérienne (cliché) et carte topographique

terrain plat terrain accidenté position des sommets des pyramides

terrain plat…………..terrain accidenté déplacement radial des sommets

Figure 14 : Différence entre une carte et une photo verticale

Carte topographique

Photo verticale


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Les différences entre une carte et une photographie aérienne deviennent beaucoup plusapparentes lorsque l’axe optique de la caméra dévie de la verticale pour pouvoir prendre desphotos obliques (Figure 15). Dans ce cas, même si le terrain est plat et horizontal, photosobliques et cartes ne sont pas du tout similaires. En général on admet qu’une photo est oblique siintentionnellement l’axe optique est incliné par rapport à la verticale de plus de 3 0. On distingueles photos obliques en obliques basses (si l’horizon n’est pas visible) et en obliques hautes (sil’horizon est visible). Dans notre module, seulement les photos verticales seront retenues.

Figure 15 : différents types de photos aériennes selon l’inclinaison de l’axe optique de la caméraa) vertical; b) oblique basse; c) oblique haute.

ÉCHELLE

Tout cliché vertical peut être caractérisé par une échelle moyenne. Contrairement àune carte topographique un cliché photographique n’a pas une échelle (pratiquement) uniforme.Tel que mentionné, seulement dans un cas, plutôt rare, l’échelle est uniforme : axe de la caméraparfaitement vertical, terrain plat et horizontal. Le relief topographique et la déviation de l’axe dela caméra de la verticale sont les causes de variation de l’échelle pour les photos prises prochesde la surface terrestre. Pour les photos prises à haute altitude par avion ou par satellite, lacourbure de la Terre devient un facteur important qui contribue à la variation de l’échelle. Unexemple de variation d’échelle à cause du relief topographique est donné par la figure 16. Leslignes ab et cd apparaissent sur une carte comme des lignes droites mais pas sur la photolorsque le terrain est accidenté.


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Figure 16 : Variations de l’échelle dues au relief topographique

Tel que montré par le schéma explicatif ci-dessous, la distance horizontale entre les points AB etles points CD est la même sur le terrain, mais pas sur la photo. Elle apparaîtra plus courte pourles points AB au fond de la vallée par rapport à celle entre les points CD au sommet de lamontagne. Alors l’échelle sera plus petite aux endroits les plus éloignés de la caméra et elle seraplus grande aux endroits les plus rapprochés par rapport à une échelle définie selon un plan quicorrespond à l’altitude moyen du terrain.


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Les organismes spécialisés à la prise des photos inscrivent au bas de la photo une échelleapproximative selon leurs estimations d’après l’altitude de vol de l’avion, la longueur focale de lacaméra ainsi que l’altitude moyen du terrain.

Souvent on caractérise l’échelle d’une photographie comme suit:a) petite (1:60 000 et plus petite)b) moyenne (entre 1:12 000 et 1:60 000)c) grande (1:12 000 et plus grande)

Quelques exemples de calcul de l’échelle sous différentes conditions du terrain photographiésont donnés par la suite.

Terrain plat et horizontal au mêmeniveau que le niveau moyen de lamer (datum).

Puisque l’altitude de vol est définiepar rapport au datum, l’échelle estcalculée selon la formule simple(triangles semblables) :

Échelle= H

f

Où f est la longueur focale, et H estl’altitude de vol (les deux quantitésdoivent être exprimées avec lesmêmes unités).Nous pouvons aussi écrire :

Échelle =

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

f

H

1 afin d’obtenir

directement le rapport de similitude.

f

H

Datum = Niveau moyen de la mer

Objectif

Plan du film

Déterminer l’échelle(terrain au datum)d’une photographieprise à une altitude de500 m si la camérautilisée avait unelongueur focale de 88mm.

E=

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ 088,0

500

1 Donc

E=5682

1, souvent on

arrondi, et doncE=1/5000

Terrain plat et horizontal à unealtitude HT.

Puisque la hauteur de vol (par rapportau sol) est plus courte que l’altitudede vol, nous aurons :

Échelle =

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

f

H H T

1

f

H


Objectif

Plan du film

HT Terrain

Déterminer l’échelled’une photographieaérienne lorsque lacaméra utilisée a unelongueur focale de 210mm, l’altitude de volest de 4000 m et leterrain se trouve à unealtitude de 200 m.

E =

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −210,0

2004000

1

Donc

E =18095

1, souvent

on arrondi, et doncE=1/20000


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Cas général : terrainaccidenté avec une altitude

moyenne ( T H ).

Comme dans le casprécédent :

Échelle =

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

f

H H

1

T

f

H


Objectif

Plan du film

Hmin

Terrain

HmaxHmoy

Déterminer l’échelled’une photographieaérienne lorsque lacaméra utilisée a unelongueur focale de 210mm, l’altitude de vol estde 4000 m et l’altitude

moyenne du terrain estde 200 m.

E =

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −210,0

2004000

1

Donc

E =18095

1, souvent

on arrondit, et doncE=1/20000

Si l’on veut connaître l’échelle à un endroit quelconque de la photo nous appliquons la mêmeformule de calcul, sauf que l’altitude moyenne du terrain est remplacée par l’altitude du terrain àcet endroit, h :

Échelle =

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ − f

h H

1

avion

Pour ce faire, nous devons disposer d’une carte topographique et des renseignements sur lesparamètres d’acquisition souvent inscrits en marge du cliché photographique. Ces inscriptions(photographies des cadrans des différents appareils simultanément avec la prise du cliché)diffèrent d’une caméra à l’autre mais généralement nous retrouvons :a. Marques fiducielles (leur rôle sera discuté plus loin)

b. Focale de la caméra en mm, numéro du cliché et numéro de la missionc. Altitude de l’avion en mètresd. Heure d’acquisitione. Niveau à bulle

Des exemples sont donnés par la suite.


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Niveau à bulle Horloge Altimètre…………..

ex.1 Altimètre Niveau à bulle Horloge

ex. 2

1. Quelle était la verticalité de la photo? Nous avons une bonne idéeen se référant au niveau à bulle. Dans les deux exemples on constateque la bulle est bien centrée. Ceci veut dire que le plan de la photo estparfaitement horizontal. Chaque cercle du niveau signifie 1 degréd’inclinaison. Pour les travaux de précision, les plates-formes sontmunies d’une unité dite IMU (gyroscopes) qui permet la prise demesures des angles d’inclinaison de la caméra.2. Quelle était l’altitude de vol?Ex. 1 : Environ 1200 mEx. 2 : Environ 550 mLa valeur indiquée peut être cependant en erreur jusqu’à 2%, et on nepeut pas s’y fier si des mesures de précision sont à faire avec les clichéscomme dans les opérations photogrammétriques. 3. À quel moment la photo était prise? Dans l’ex. 1 l’horlogeanalogique montre midi et quart; dans l’ex. 2 l’horloge numérique montrepresque quatre heures moins vingt.4. Quelle était la longueur focale de la caméra? Dans l’exemple 2nous pouvons lire 152.92

5. Marques fiducielles. Tous les clichés fournissent quatre marquesaux quatre côtés de la photo et au centre. Ces marques servent à définirle centre de la photo, un point important dans les calculsphotogrammétriques. Les clichés pris avec des caméras modernes enfournissent quatre autres placés aux quatre coins de la photo.

Si nous n’avons pas suffisamment d’informations sur les paramètres de prise de vue ou la photoutilisée est un agrandissement ou une réduction d’une autre photographie, la seule solution pourconnaître l’échelle est de comparer une distance mesurée sur la photo entre deux points et lamême distance connue par une carte topo ou même mesurée sur le terrain. Cette façon de faireest moins précise lorsque le terrain est accidenté. La mesure sur la carte de la même distancenous permet d’écrire la relation suivante :

carte

carte

photo

photo

carte

photo

carte

photo E

L

L E

L

L

E

E =⇒=

Numéro de la caméra Longueur focale


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Un exemple est donné par la suite :

La figure suivante montre des extraits d’une carte topographique à l’échelle 1/20 000 et d’unephotographie aérienne couvrant tous deux un territoire sans relief appréciable. La distance entreles deux intersections, indiquées par des cercles sur la carte, mesure 65 mm et sur la photo, 32,5mm, quelle est l’échelle de la photographie aérienne?

40000

1E

20000

1

2

1E

20000

1

65

5,32E ppp =⇒=⇒=

SURFACE COUVERTE PAR UNE PHOTO

La surface couverte par un cliché est fonction de la hauteur de vol ainsi que du champangulaire de vue qui pour sa part est fonction de la focale et de la taille du cliché. Il estévident que le changement d’un des ces deux paramètres fera varier la surface couvertepar un cliché. À titre d’exemple (figure 17), en maintenant a) la hauteur de vol et la tailledu cliché constantes, une caméra de longue focale couvrira une plus petite surfacequ’une autre avec une plus petite focale et b) en faisant éloigner l’avion du sol tout en

maintenant les autres paramètres constants, on augmentera la surface couverte par uncliché. Dans la pratique, on peut mesurer les dimensions du cliché et les traduire endistances au sol via l’échelle. Étant donné que le cliché est un rectangle (souvent carré)il est alors facile de trouver la surface couverte.


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f = 305 mm

f = 152.4 mm

(a) (b)

Figure 17 : Couverture de la photo en fonction de la focale (a) ou de l’altitude de vol (b)

LOCALISATION

Une photo aérienne ne permet pas de connaître la position d’un point quelconqueselon sa latitude/longitude ou selon un système de référence cartographique. Unephoto a sa propre projection (projection centrale) et possède une orientation quelconque parrapport au système de coordonnées géographiques (tout dépendant de l’orientation des lignes devol pour l’acquisition des photos). Seulement après des opérations spécifiques dephotogrammétrie (orthophotographie, levés photogrammétriques) nous pouvons connaître lescoordonnées de tout point sur la photographie aérienne. Souvent dans ces opérations on érigeun système de référence arbitraire en définissant comme origine du système de coordonnées lecentre de la photo repéré grâce aux marques fiducielles.


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DISTANCES-LONGUEURS-SUPERFICIES

Nous pouvons effectuer des mesures des longueurs, des distances ou dessuperficies comme sur une carte mais il ne faut perdre de vue que plus le terrain

est incliné et//ou accidenté moins ces mesures sont p récises.

ORIENTATIONS

Une photographie aérienne a une orientation quelconque. L’orientationapproximative d’une photo ne peut pas être connue qu’en consultant une cartetopographique. Seulement après les opérations photogrammétriques l’orientation estconnue avec exactitude. L’heure de prise de vue et la direction des ombres projetées ausol par des éléments surélevés peuvent nous donner une idée sur cette orientation enl’absence d’une carte..

ALTITUDES

Une photographie aérienne ne nous permet pas de connaître l’altitude d’un pointquelconque. Ceci peut se faire après une série d’opérations en photogrammétrie.Seulement pour les éléments surélevés (bâtiments, arbres, etc.) nous pouvonsconnaître approximativement leur hauteur par rapport au sol avoisinant en utilisant soitla longueur de leur ombre projetée au sol soit par la méthode du déplacement radial.

Ombres : Il faut connaître la position du soleil au moment de la prise de vue (ceci peutse faire en utilisant : la latitude du lieu, la date et l’heure de prise de la photo). Lalongueur de l’ombre projetée mesurée sur la photo est traduite à une longueur au sol àl’aide de l’échelle de la photo. Si l’on connaît la position du soleil par son angle zénithal,i.e. l’angle par rapport à la verticale au sol, le calcul se fait comme suit (triangle

rectangle de la figure ci-dessous) :S Z tgh ×−= )90(

où h est la hauteur recherchée de l’objet, Z est l’angle zénithal du soleil et S est lalongueur de l’ombre au sol.

S

Z

h

Si nous connaissons la hauteur vraie d’un autre objet surélevé, il est facile de calculer lahauteur recherchée tenant compte que la longueur de l’ombre est proportionnelle à lahauteur. À titre d’exemple si l’objet de référence a une hauteur de 15 m et la longueur deson ombre est 2 fois plus grande de celle de l’objet, alors la hauteur de ce dernier serade 7,5 m.


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Pour avoir une estimation précise des hauteurs par cette technique, l’ombre doit êtreprojetée sur un sol plat et horizontal.

Méthode de déplacement. Cette méthode donne des résultats passablement précis siles conditions suivantes sont satisfaites :

1. La photo est verticale ou presque de sorte que nous puissions assimiler le centre

de la photo au point nadir (point correspondant au pied de la verticale des lieuxau sol);

2. Le dénivelé ente le centre de la photo et la base de l’objet n’est pas important;3. La hauteur de vol au-dessus de la base est connue avec précision4. La base et le sommet de l’objet sont clairement visibles. Plus l’objet se trouve

éloigné du centre plus le déplacement radial est grand et ainsi base et sommetsont souvent bien identifiables

5. La distance entre la base et le sommet de l’objet est suffisamment grande pourqu’on puisse la mesurer avec précision avec l’équipement disponible, parexemple une règle.

Si toutes ces conditions sont satisfaites on procède comme suit : a) On localise le centrede la photo; b) On évalue la distance entre le centre de la photo et le sommet de l’objet

(r a) et c) la distance de déplacement (d), i.e. distance entre la base et le sommet del’objet. Cette distance de déplacement peut être traduite en hauteur de l’objet (h) par laformule suivante :

ar

d H h ×=

où H est la hauteur de vol.

ExempleH=914 m

Réservoir A

r=59,5 mmd=4,5 mm

m69hmm5 ,59

mm5 ,4)m(914h A A =⇒×=

Réservoir Br=127 mmd=9,5 mm

m68 hmm127 `

mm5 ,9)m(914h A A =⇒×=

Note : la photo ci-contre ne sert qu’à illustrerles choses; pas à la même échelle que la photo

où les mesures ont été prises.


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Preuve Triangles semblables : AOD et A’OC’

( ) D A f r h H r

f

D A

h H a

a

×=×−⇒=−

Triangles semblables : BOC et B’OC’

C B f r H r

f

C B

H b

b

×=×⇒=

Puisque les distances AD et BC sont égales alors les deux équationsnous donnent :( ) ( )

( )

a

ba

ababaaba

r

r r H h

r hr r H r H r hr H r H r h H

−×=

⇒×=−×⇒×=×−×⇒×=×−

C'B' A'

r ar b

f

H

h

B

A

C

O

D

RELIEF

Une photographie aérienne ne nous permet pas de bien apprécier le relieftopographique. La topographie fait varier la brillance des objets en changeant la quantité durayonnement solaire reçu par un élément de la surface. Ainsi un versant exposé au soleilapparaîtra sur la photo plus brillant qu’un autre de dos au soleil. Ces contrastes font que nouspouvons avoir l’impression visuelle du relief, mais ce n’est que très approximatif. Seulement unevue stéréoscopique nous offre une bonne appréciation du relief (laboratoire 1-C).

CONTENU

Une photographie aérienne ne nous permet pas de connaître directement lanature des objets au sol. Ici nous faisons intervenir la photo-identification et la photo-interprétation (laboratoire 1D)

RÉSOLUTIONLa résolution spatiale exprime la capacité d’une photographie aérienne à restituer desdétails fins d’un paysage. Elle est fonction de plusieurs paramètres incluant : le pouvoirséparateur de l’objectif et du film utilisé, le contraste entre les objets, le développementchimique etc. Pour la mesurer l’on emploie les lignes paires/mm. Une cible spécifiquecomposée d’une alternance de lignes sombres et claires de la même taille tel quemontré par la figure 18 est photographiée (souvent dans le laboratoire) et des

interprètes analysent les photographies ainsi obtenues et ils se prononcent sur le pluspetit pattern des lignes sombres-claires qu’ils sont capables de distinguer. Bien que lesobjectifs et les films de bonne qualité aient des pouvoirs de séparation qui s’élèvent àquelques 100 lp/mm, la photographie finale ne dépasse pas les 40 lp/mm. Encomparaison l’on évalue que l’œil humain a un pouvoir séparateur de quelques 10lp/mm (voir tableau ci-après).


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Figure 18 : Cible typique pour évaluer la résolution d’une photo (lignes paires par millimètre)

Élément Pouvoir séparateur

Objectifs standard > 100 lp/mmFilm panchromatique ou film couleurnormale (les autres types de film ontun pouvoir séparateur inférieur)

Cibles de fort contraste avec leure

photographie cartographie

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