Images de synthèse en 3D – Les Globes de Mercator de l'UNIL https://wp.unil.ch/mercator Le récit d'une découverte à l'Université de Lausanne Fri, 30 Nov 2018 12:37:11 +0000 fr-FR hourly 1 https://wordpress.org/?v=5.5.1 Géoréférencement des images https://wp.unil.ch/mercator/georeferencement-images/ Sun, 31 Jan 2016 11:22:58 +0000 http://wp.unil.ch/mercator/?p=523 mars 2016 A partir des images en haute résolution, le géoréférencement numérique permet la création d’un modèle virtuel en 3D servant à draper chacun des globes [...]]]> À partir des images en haute résolution prises au laboratoire photographique de l’Ecole des sciences criminelles (ESC), il faut procéder au géoréférencement numérique ; celui-ci permet la création d’un modèle virtuel en 3D qui peut ensuite draper chacun des globes. Alexandre Hirzel, spécialiste des Systèmes d’information géographique (SIG) à l’UNIL, se charge de cette procédure.

Voici les différentes opérations réalisées, grâce au logiciel ArcGIS Desktop 1.3 (ArcMap). L’exemple développé ici est celui de la modélisation du globe terrestre, la démarche est identique pour le globe céleste :

1. Graticule2. Optimisation3. Ancrage4. Découpage5. Pondération6. Utilisation
Réseau de longitudes (en rouge) décalé de 14.1° vers l'ouest (en bleu).

Alexandre Hirzel © UNIL

Réalisation d’un réseau de longitudes (en rouge) calés sur le méridien zéro mercatorien à Fuerteventura dans les Iles Canaries. Ce réseau est décalé de 14.1° vers l’ouest par rapport au méridien zéro actuel de Greenwich (en bleu).

Positionnement des 42 images sur certains croisements de longitudes et latitudes.

Alexandre Hirzel © UNIL

Le protocole de photographie des globes a permis de déterminer 42 images centrées sur certains croisements de longitudes et de latitudes.

Zone utilisable par image pour que la couleur, la lumière et la netteté soient homogènes.

Alexandre Hirzel © UNIL

Les images doivent posséder une couleur, une lumière et une netteté les plus homogènes possible. Une zone circulaire utilisable est donc définie pour chaque prise de vue.

Géoréférencement d'une des images.

Alexandre Hirzel © UNIL

Chaque photo rectangulaire est géoréférencée afin d’être ensuite drapée précisément sur le globe virtuel.

Pour optimiser la déformation de l’image due à la perspective, le globe est affiché via la projection « World Vertical Perspective », avec une altitude de 35’800’000 mètres. Cette altitude correspondant, à l’échelle, à la distance à laquelle se trouvait l’appareil photo.

georef-diaporamaLes croisements du graticule de chaque image sont ensuite associés à ceux du graticule virtuel. Chaque paire de points d’ancrage permet d’améliorer le géoréférencement.

Les globes n’étant pas parfaitement sphériques, un ajustement non-paramétrique a donné de meilleurs résultats. En l’occurrence, l’algorithme « Spline » a été utilisé.

En moyenne, une trentaine d’ancres sont nécessaires pour assurer un ajustement optimal.

Dans l’animation ci-dessus, afin de mieux mettre en évidence le processus, le point focal est décalé par rapport au centre du globe. En réalité, le globe était centré ; on pouvait ainsi disposer de la géométrie la plus proche possible des conditions de prise de vue.

georef-diaporama2Le centre de chaque image est découpé afin de ne conserver que la partie la plus homogène en termes de couleur, de lumière et de netteté.

Le processus de découpage est répété pour les 42 photos.

Les tuiles circulaires ne sont, malgré tout, pas parfaitement homogènes. On distingue en particulier une rupture de continuité dans leur bordure. Afin d’atténuer cet effet disgracieux, les tuiles ont été assemblées dans un ensemble de données en mosaïque (mosaic dataset).

L’opérateur « Blend » va permettre de pondérer l’affichage des tuiles en fonction de la distance de leur centre et ainsi les fondre ensemble de manière plus atténuée.

Le globe de Mercator étant maintenant géoréférencé, il devient désormais possible de traiter l’information à volonté. Par exemple en modifiant le système de coordonnées :
Pour en savoir plus
]]> Un dispositif de prise d’images original https://wp.unil.ch/mercator/dispositif-de-prise-dimages-original/ Sat, 30 Jan 2016 11:22:38 +0000 http://wp.unil.ch/mercator/?p=521 février 2016 Les spécialistes de l'Ecole des sciences criminelles doivent résoudre plusieurs problème inhérent à la photographie systématique et précise d’une surface sphérique [...]]]> La photographie systématique et précise d’une surface sphérique est tout sauf aisée. Elle entraîne des problèmes de luminosité (reflets) et de normalisation de la prise d’images (repérages).

Afin de répondre à ces difficultés, les spécialistes de l’Ecole des sciences criminelles (ESC), Eric Sapin et Quentin Milliet mettent sur pied un dispositif original. Le déplacement de la sphère est contrôlé par deux lasers à croix équipés de niveaux. Un laser passe à travers le viseur de l’appareil photo afin de centrer parfaitement chaque image ; l’autre laser est projeté sur le côté pour contrôler en permanence l’horizontalité et la verticalité du globe.

La photographie s’effectue en fonction des latitudes et des longitudes en partant du méridien d’origine de Fuerteventura (Iles Canaries) par 14.1° W. Les prises de vues sont réalisées afin de couvrir l’ensemble du globe à l’aide de 42 images finales, centrées sur certains croisements de longitudes et latitudes.

Positionnement de la sphère

Chaque image est repérée par rapport à l’horizon correspondant à un méridien grâce aux lasers d’horizontalité et de visée qui permettent de vérifier la stabilité de l’enregistrement. Le premier repère permet d’aligner l’horizon du globe sur l’horizon réel donné par le laser ; le second passe à travers le système de visée de l’appareil photo pour signaler l’axe optique avec le croisement de latitude et longitude placé au centre de l’image. La sphère est positionnée à un niveau d’horizon réel et un autre laser, passant à travers la visée centrale de l’appareil photographique, permet d’assurer une zone centrale précise pour chaque image.

Paramètres techniques
  • Appareil Mamiya Phase One P65+
  • Objectif Macro MF 120mm 1.4
  • Ouverture F/22
  • Taille du capteur 40.4 x 53.9 mm
  • Pixels actifs 8984 x 6732
Eclairage

Afin de résoudre le problème des reflets inhérent à l’enregistrement d’une sphère, une méthode d’éclairage particulière est utilisée pour obtenir des images homogènes en luminosité, couleur et netteté. Posées dans un carré dont le centre est assuré par la visée laser de l’appareil photo, quatre lampes sont montées à équidistance du point central de l’image sur un axe à 45°.

L’éclairage est alors activé en alternance aux angles 1 vers le centre, puis aux angles 2. Les deux séries de 84 images sont ensuite traitées pour homogénéiser la luminosité, les couleurs et assemblées à l’aide du logiciel Photoshop pour créer une image sans les reflets des flashs actifs. Pour chaque paire d’images, les quatre quadrants exempts de reflets directs sont combinés autour du point central pour créer l’image assemblée. Chaque image est numérotée afin de faciliter l’organisation et la reconnaissance des régions photographiées couvrant l’ensemble de chaque sphère. À la fin, 423 images utiles sont obtenues pour chaque globe ; finalement ce sont 84 images en haute résolution qui seront utilisées pour le géoréférencement.

Profondeur de champ et mise au point

Pour chaque image, la zone de l’objet enregistré est de 20 x 20 cm, avec une partie centrale utile d’environ 16 cm, pour obtenir une netteté optimale, une luminosité homogène et des déformations acceptables liées à la courbure de la sphère. La mise au point est faite à un tiers en arrière du premier plan net et deux tiers en avant du dernier plan net de manière à installer la profondeur de champ sur la zone enregistrée. Le premier plan net se situe au centre du globe et le dernier plan net sur la partie périphérique.

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