Historique
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    La saga "Caméra Numérique" pourrait se décomposée en quatre grandes phases :
  1. L'age héroïque : les premières missions de recherche en 1996 et 1997
  2. Le début de la production en numérique de 1997 à 1999
  3. La nouvelle voie : la caméra muti-canal
  4. Le passage définitif en production
L'age héroïque : les premières missions de recherche en 1996 et 1997
 
    Le projet caméra numérique a été lancé au début des années 90, au moment où la production industrielle de capteurs de grande dimension a débuté. L'IGN a estimé qu'il y avait là matière à une évolution importante des moyens de productions d'images aériennes. Le LOEMI s'est donc trouvé chargé d'une mission : étudier la faisabilité d'une acquisition aéroportée directement numérique, et exploiter les données aériennes acquises pour évaluer les apports d'une telle technologie aux applications cartographiques.

    Au départ, une caméra numérique du commerce venue des Etats-Unis (LORAL FAIRCHILD IMAGING SYSTEMS) à été acquise mais quelques vols d'essai ont vite permi d'arriver à la conclusion qu'elle était mal adaptée à la prise de vues aériennes. Ils ont cependant permis d'attirer l'attention de la communauté photogrammétrique, et, à l'issue d'un atelier de travail organisé sous l'égide de l'OEEPE à l'IGN, le LOEMI s'est vu recommandé de poursuivre ses investigations.

    Le LOEMI s'est alors lancé dans la spécification puis la réalisation d'un instrument mieux adapté. Très vite le choix s'est porté sur un CCD matriciel présentant à nos yeux de grands avantages sur un CCD à barrette : une prise de vue instantannée ne nécessitant pas de plateforme stabilisée, une géométrie plus proche des habitudes des photogrammètres et une indépendance entre la taille du pixel sol et le temps de pose à condition de mettre au point une compensation de filé électronique efficace. Le besoin d'un CCD de grande taille nous a conduit vers le Kodak KAF-6300 capteur "6 Mégapixels" (3072 x 2048 pixels exactement).

camnu1    La réalisation en 95 de la première caméra numérique du LOEMI s'est vue conclue par le premier vol d'essai qui a eu lieu sur la ville d'Amiens le 15 Janvier 1996. Les résultats de ce vol s'avérèrent très prometteurs. Parmi eux on peut citer : la vérification du bon fonctionnement de la compensation de filé électronique, des images riches d'informations dans les ombres conséquences d'une bonne dynamique, la détection d'objets linéaires à la dimension pourtant inférieure à la taille du pixel sol conséquence d'un bon rapport Signal/Bruit. Restait à faire voler le système aussi dans des conditions estivales, plus conformes à la pratique courante. Ce fut fait le 22 Juillet 1996 sur la ville de Lyon où les résultats hivernaux furent confirmés malgré des ombres beaucoup plus contrastées et par conséquent plus dures à "percer". Nous disposions alors de la matière première pour convaincre les indécis de l'avantage d'une acquisition numérique sur une acquisition analogique numérisée.

    Forts de ses bons résultats et de l'acquisition d'un capteur couleur 6 Mpixels (KAF-6301C), le LOEMI consacra l'année 1996-1997 à la réalisation d'un prototype de caméra couleur type BAYER. La première mission conjointe des têtes de caméras noir et blanc et couleur eut lieu sur la ville du Mans le 10 Septembre 1997. Hormis ses résultats scientifiques qui nous confortèrent dans nos choix, cette mission eut un grand impact "public" qui nous fit prendre conscience de l'apport de la couleur aux yeux des gens à l'IGN et en dehors de l'IGN.

  Le début de la production en numérique de 1997 à 1999

 1997-1998 fut une période au cours de laquelle on travailla au passage au format 16 Mégapixels avec l'acquisition d'un capteur KAF-16800 (4096 x 4096 pixels) noir et blanc ; tout en continuant à exploiter le prototype 6 Mpixels noir et blanc pour le compte du CNES qui réalisa des missions pour le Plan Préparatoite à l'Utilisation de Spot5 en Octobre 1997, puis en Avril-Mai et Juillet 1998. On explora également à cette époque pour la première fois les questions d'étalonnage géométrique des caméras à l'aide d'un polygône de calibration existant sur le site de l'IGN.

    La première mission de la caméra 4k x 4k du LOEMI eut lieu sur Saumur le 19 Juin 1998.blooming Cette date à 2 jours du solstice d'été nous offrit de nombreuses sources spéculaires qui nous confortèrent dans l'idée qu'un dispositif anti-éblouissement était nécessaire à une caméra souvent vouée au survol de zones urbaines. Kodak maîtrisant parfaitement la technologie anti-blooming (anti-éblouissement) sur ses capteurs couleurs, nous leur avons alors demandé de fabriquer un capteur CCD 16 Mpixels avec ce dispositif. Rendez-vous fut pris pour l'horizon 2000-2001.

    La technologie noir et blanc laissée de côté en attendant des jours meilleurs, la caméra couleur fut exploitée à plein régime. Tout d'abord le 21 Septembre 1998 où il s'agissait de produire une orthophotographie pour la ville de Rennes. La zone à acquérir était de 11 km Est-Ouest sur10 km Nord-Sud, 15 axes et 1068 images ont été nécessaires pour couvrir cette zone au pixel sol invalidesde 30 cm. De nombreux outils ont pu être développés par le laboratoire MATIS de l'IGN pour faire face au grand nombre d'images. En fait ce nombre de 1068 images fut vite oublié puisque la décision fut prise de voler durant l'été 1999, toute l'Ile de France avec un pixel sol de 1m et Paris et une petite couronne "étendue" avec 50 cm de pixel sol. 21000 images ont été acquises soit plus de 600 Goctets de données. L'IGN avait donc commencé à produire avec sa caméra numérique.

    Paradoxalement, cette mission Ile de France allait marquer le début du déclin de la caméra couleur type BAYER. En effet, aux résolutions de 50 cm et 1 m trop d'artefacts colorés dus à la structure du capteur apparaissaient dans les images et gênaient grand nombre d'utilisateurs. Nous avons alors décidé d'explorer la voie d'une acquisition couleur par le biais de plusieurs caméras panchromatiques synchronisées et équipées de filtres colorés.

    La nouvelle voie : la caméra muti-canal
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    Une mission servit de moteur à nos travaux de développements du système multi-canal. La mission sur le Bassin d'Arcachon pour le compte du BRGM. Elle devait se dérouler en 2 phases : 1 acquisition dans la voie proche infrarouge en Octobre 1999 avec une caméra 4k x 4k puis une acquisition RVB en Juin 2000 avec une caméra multi-canal. Pour la mission du 6tricam Octobre 1999, il s'agissait d'acquérir 3 axes identiques à 3 moments distincts de la marée montante dans la bande proche infrarouge autorisée par notre CCD. Ces acquisitions permettraient de tracer distinctement la limite terre-eau et, en couplant ces tracés à la connaissance de la hauteur de l'eau par le biais d'un marégraphe, de faire de la micro-topographie. Durant l'hiver qui suivit nous avons pu réaliser un instrument composé de 3 têtes panchromatiques 6 Mpixels équipées de filtres Rouge, Vert et Bleu. Ce fut la première caméra multi-canal.

       Le principe de la caméra multi-canal était le suivant : nous avions 1 rack d'acquisition par tête de caméra, donc 3 racks reliés entre eux par liaison éthernet et plus précisément, un rack maître sur lequel tournaient les logiciels communiquant avec 2 racks esclaves. Au niveau des têtes de caméras, une liaison BNC reliait les 3 têtes pour que la synchronisation du déclenchement de la prise de vue soit la plus précise possible (de l'ordre de 10 µs) ; ceci afin de s'affranchir de la connaissance du relief du terrain. La superposition des plans colorés devait se faire en post-traitement au laboratoire par rééchantillonnage de 2 plans dans la géométrie du troisième. Ce rééchantillonnage se faisait après calcul par moindres carrés de la meilleure homographie permettant de passer d'un plan à l'autre. Les directions de visée des 3 caméras était réglées au laboratoire de manière à avoir des écarts en coordonnées inférieurs à 3 pixels en centre de champ.

    La mission du 30 Juin 2000 nous permit d'acquérir un lot de données assez conséquent pour bien mettre au point la chaîne de post-traitement des images et donna entière satisfaction au vc_fcBRGM. Les étapes qui suivirent furent le passage à 3 têtes de caméras 16 Mpixels dès réception des capteurs commandés à Kodak (ce fut la mission sur la Communauté Urbaine de Bordeaux en Février 2001, le Luxembourg durant l'été 2001) puis plus tard le passage à 4 canaux (le département du Tarn durant l'été 2002 avec l'ajout du canal proche infrarouge). En fait le passage au format 4k x 4k nous fit nous concentrer sur des problèmes de géométrie directement liés à la distorsion de nos objectifs que l'on ne voyait pas aussi bien apparaître dans les images 3k x 2k. Un travail fut entrepris pour perfectionner l'étalonnage de nos caméras. De même le passage à 4 canaux nous fit nous concentrer sur la superposition du plan proche infrarouge sur un plan visible, la méthode étant quelque peu différente du fait des nombreuses inversions de contrastes rendant la corrélation entre images difficile.

    Le principe de synchronisation des têtes de caméras nous poussa en Septembre 2000 à expérimenter 2 types d'instruments : une caméra gauche-droite couleur BAYER permettant d'acquérir des images "papillons" 2000 x 6000 pixels et une caméra avant-arrière noir et blanc permettant une acquisition avec un rapport B/H plus proche de ceux traditionnellement utilisés en production.

    Le passage définitif en production
   
    Dès lors que nous avons fait le tour des problèmes liés aux filtres, aux objectifs et aux logiciels de post-traitements et surtout que nous y avons apporté des solutions, la voie de la production était grande ouverte. Pendant l'été 2003, 3 départements (Tarn de nouveau, Phône et Pyrénées Atlantiques)  et l'Ile de France étaient volés en numérique. Ces missions finirent de persuader les derniers réfractaires que le temps était venu de penser sérieusement à un passage à moyen termequad_cam de la production en numérique.

    Durant l'hiver 2003-2004, des racks d'acquisition et des têtes de caméras supplémentaires furent fabriqués pour équiper 3 avions photographes de l'IGN pour la saison de prises de vues 2004.  Une dizaine de nouveaux départements furent acquis en numérique. La saison de prises de vues 2005 est en cours d'achèvement, elle a été intégralement réalisée en numérique... 16 départements métropolitains ont été acquis et cette année, en prime, une acquisition numérique a eu lieu pour la première fois sur les DOM-TOM (Saint-Pierre et Miquelon est dores et déjà sous forme d'octets et la Guyane est en cours d'acquisition à la date d'aujourd'hui 22 Septembre 2005).

    Parallèlement à cette dérive vers la production, le LOEMI continue aujourd'hui à explorer des nouvelles configurations expérimentales à la demande du MATIS, cet hiver, nous avons étendu la caméra multi-canal à la gestion de 6 têtes de caméras et non plus 4. Toujours pour le MATIS, certaines de nos caméras sont parfois montées non plus sur un avion mais sur un camion pour des travaux de photogrammétrie architecturale.

    Nous étudions maintenant différentes pistes pour faire évoluer nos caméras en adéquation avec les progrès incessants de l'informatique et l'arrivée éventuelles de nouveaux capteurs plus gros..
   
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