Ajouter une imagerie historique à une carte
L’imagerie est obtenue à partir de nombreuses sources, telles que les systèmes satellite, les caméras aériennes et les photos aériennes historiques numérisées. Les images satellite et les photographies aériennes modernes sont produites et distribuées en tant que données géoréférencées. Cela signifie que vous pouvez les utiliser dans un système SIG avec d’autres données géospatiales : le logiciel saura où les placer sur la carte. En revanche, les photos aériennes historiques scannées sont généralement des images numériques sans référence spatiale et elles ne peuvent pas être utilisées directement dans un système SIG.
Ce problème peut être résolu de diverses façons. Vous vous focaliserez sur des techniques de géoréférencement qui passent par l’alignement d’une seule photo aérienne numérisée sur un système de coordonnées de la carte. Cette approche vous permet de voir la photo historique à l’emplacement et à l’échelle corrects, ce qui peut s’avérer utile dans le cadre d’une inspection visuelle. Si vous avez besoin de davantage de précision, comme lors de l’utilisation de l’imagerie dans des processus d’analyse de haute précision, vous devez vous appuyer sur les techniques d’orthorectification plus avancées, qui nécessitent un modèle de terrain et plusieurs images superposées. Ces processus de photogrammétrie avancés ne sont pas abordés dans ce didacticiel.
Configurer le projet
Vous allez commencer par configurer le projet dans ArcGIS Pro et passez en revue son contenu.
- Téléchargez le fichier compressé StateCollegeGeoreferencing.zip qui contient le projet ArcGIS Pro et l’imagerie à utiliser pour ce didacticiel.
Remarque :
Selon votre navigateur Web, vous avez peut-être été invité à choisir l’emplacement du fichier avant de lancer le téléchargement. Par défaut, la plupart des navigateurs téléchargent les fichiers dans le dossier Downloads (Téléchargements) de votre ordinateur.
- Cliquez avec le bouton droit sur le fichier StateCollegeGeoreferencing.zip et extrayez-le à un emplacement sur votre ordinateur, par exemple le dossier Documents.
- Ouvrez le dossier StateCollegeGeoreferencing et double-cliquez sur StateCollegeGeoreferencing.aprx pour ouvrir le projet dans ArcGIS Pro.
- Si vous y êtes invité, connectez-vous via votre compte ArcGIS sous licence.
Remarque :
Si vous n’avez pas accès à ArcGIS Pro ou ne disposez pas d’un compte d’organisation ArcGIS, consultez les options disponibles pour accéder aux logiciels.
Le projet StateCollegeGeoreferencing s’ouvre dans ArcGIS Pro. Dans la fenêtre Contents (Contenu), deux couches forment ensemble le fond de carte Imagery Hybrid (Imagerie hybride).
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), cochez les cases pour désactiver chacune des couches et les activer à nouveau afin de voir à quoi elles correspondent sur la carte.
Le fond de carte World Imagery (Imagerie mondiale) affiche l’imagerie actuelle pour la zone. La couche Hybrid Reference Layer (Couche de référence hybride) affiche le réseau routier et fournit le nom de certains lieux utiles. Ces informations vous aideront à positionner la photo historique au cours du processus de géoréférencement. La carte est centrée sur la zone de State College, en Pennsylvanie.
Ajouter la photographie historique
Vous allez ensuite ajouter à votre carte le fichier de la photo historique numérisée à géoréférencer. Vous allez également créer des statistiques pour l’image, afin qu’elle se charge et s’affiche de manière plus fluide lorsque vous l’utilisez. Vous allez ensuite identifier l’emplacement de l’image lorsqu’il lui manque des données de géoréférencement.
- Sur le ruban, cliquez sur l'onglet Vue. Dans le groupe Windows (Fenêtres), cliquez sur Catalog Pane (Fenêtre Catalogue).
- Dans la fenêtre Catalog (Catalogue), développez les flèches en regard de Folders (Dossiers), StateCollegeGeoreferencing et Imagery (Imagerie). Cliquez avec le bouton droit sur Historical_image.tif et choisissez Add To Current Map (Ajouter à la carte actuelle).
La fenêtre Calculate Statistics for Historical_image.tif (Calculer les statistiques pour Historical_image.tif) peut apparaître pour vous informer que l’image n’a pas de statistiques suffisantes, et pour vous demander de les générer. Les statistiques sont utiles pour améliorer l’affichage, notamment pour appliquer un étirement de contraste, ainsi que dans certaines tâches de traitement des images. En savoir plus sur la génération des pyramides et le calcul des statistiques.
Remarque :
Selon vos paramètres ArcGIS Pro, les statistiques peuvent être définies de sorte à être générées automatiquement sans que vous n’ayez à intervenir.
- Si l’invite s’affiche, cliquez sur Yes (Oui).
ArcGIS Pro calcule les statistiques pour Historical_image.tif.
Historical_image.tif apparaît dans la fenêtre Contents (Contenu) mais n’est pour l’instant pas visible sur la carte. Un message s’affiche dans le coin supérieur droit et vous avertit que l’image ne comporte pas d’informations de système de coordonnées.
Ce résultat est normal, car l’image que vous avez ajoutée ne contient aucune information de référence spatiale. Avant de remédier à ce problème, vous allez localiser la position de l’image sur la carte.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), cliquez avec le bouton droit sur Historical_image.tif et sélectionnez Zoom To Layer (Zoom sur la couche).
La carte affiche à présent la photo aérienne historique prise dans la région de State College.
Cependant, comme la photo n’est pas géoréférencée, l’application ne peut pas la localiser et l’affiche par défaut à proximité de la latitude et de la longitude (0,0), comme indiqué dans la partie inférieure de la vue cartographique.
Les images non géoréférencées sont ajoutées à l’origine du système de coordonnées de la carte. Pour confirmer la localisation actuelle, effectuez un zoom arrière jusqu’à pouvoir reconnaître les éléments géographiques.
- Sur la carte, effectuez un zoom arrière à plusieurs reprises avec la molette de la souris.
Au début, l’arrière-plan est complètement noir, mais au bout d’un moment, des terres s’affichent et vous voyez que l’image est située au large de la côte ouest de l’Afrique.
Avant de poursuivre le géoréférencement, ramenez la carte à son étendue d’origine.
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Map (Carte). Dans le groupe Navigate (Naviguer), cliquez sur Bookmarks (Géosignets) et choisissez State College PA.
La visionneuse de carte effectue un zoom arrière pour revenir à la zone de State College, en Pennsylvanie.
Définir le système de coordonnées
La première étape du processus de géoréférencement consiste à définir le système de coordonnées dans lequel vous souhaitez géoréférencer la photo historique.
Toutes les données et images géospatiales doivent avoir un système de coordonnées ou une référence spatiale. Dans ArcGIS Pro, le système de coordonnées par défaut des cartes est WGS 1984 Web Mercator, qui représente la Terre entière sous la forme d’un carré comme illustré dans l’image suivante :
Cette projection est efficace si vous voulez pouvoir parcourir rapidement l’ensemble du globe, mais n’est pas adaptée si vous voulez mesurer avec précision des aires et des distances sur des cartes à grande échelle. Dans ce cas, mieux vaut choisir une projection qui génère le moins de distorsion dans la zone d’intérêt.
Remarque :
Pour en savoir plus sur les projections, suivez le didacticiel Choisir la projection appropriée.
Aux États-Unis, les projections UTM ou State Plane constituent les meilleures options. Le système de coordonnées généralement utilisé pour les données situées dans la région de State College, en Pennsylvanie, est NAD 1983 UTM Zone 18N. Vous allez utiliser ce système de coordonnées.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), cliquez sur le fichier Historical_image.tif pour vous assurer qu’il est sélectionné.
- Dans le ruban, cliquez sur l’onglet Imagerie. Dans le groupe Alignment (Alignement), cliquez sur Georeference (Géoréférencer).
La fenêtre Georeferencing: Historical_image.tif (Géoréférencement : Historical_image.tif) apparaît et l’onglet Georeference (Géoréférencer) est accessible. Vous allez maintenant définir le système de référence spatiale (ou SRS).
- Sur le ruban, sous l’onglet Georeference (Géoréférencer), dans le groupe Prepare (Préparer), cliquez sur Set SRS (Définir SRS).
La fenêtre Map Properties (Propriétés de la carte) de la carte StateCollegeGeoref apparaît, définie sous l’onglet Coordinate Systems (Systèmes de coordonnées). Le système de coordonnées actuel de la carte est WGS 1984 Web Mercator (auxiliary sphere).
Vous allez passer au système de coordonnées que vous avez sélectionné pour ce projet, NAD 1983 UTM Zone 18N.
- En regard de l’option XY Coordinate Systems Available (Systèmes de coordonnées XY disponibles), saisissez NAD 1983 UTM Zone 18N dans la zone de recherche et appuyez sur Entrée.
- Dans la fenêtre Coordinate Systems (Systèmes de coordonnées), développez Projected Coordinate System (Système de coordonnées projetées), UTM, North America (Amérique du Nord) et NAD 1983. Cliquez sur NAD 1983 UTM Zone 18N pour le sélectionner.
- En bas de la fenêtre, cliquez sur Apply (Appliquer).
La carte applique le système de coordonnées NAD 1983 UTM Zone 18N aux couches de la carte. Le géoréférencement de la photo historique se fait dans ce même système de coordonnées et aboutit à une image transformée pour le système NAD 1983 UTM Zone 18N.
Le système NAD 1983 UTM Zone 18N utilise les mètres comme unité horizontale. Définissez l’option Display units (Unités d’affichage) sur Meters (Mètres).
- Cliquez sur l’onglet Général. Pour Display units (Unités d’affichage), sélectionnez Meters (Mètres).
- En bas de la fenêtre, cliquez sur OK.
Effectuer un alignement approximatif
Vous allez ensuite intégrer la photo historique dans la zone de State College en la positionnant manuellement pour obtenir un alignement approximatif avec l’imagerie de fond de carte.
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Map (Carte). Cliquez sur Bookmarks (Géosignets) et choisissez State College PA.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), assurez-vous que le fichier Historical_image.tif est sélectionné.
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Georeference (Géoréférence). Dans le groupe Prepare (Préparer), cliquez sur Fit to Display (Ajuster à l’affichage).
L’image est repositionnée et placée à l’intérieur de l’affichage cartographique actuel.
La photo historique est affichée entre le fond de carte d’imagerie et la couche de référence hybride. Vous allez optimiser son affichage.
- En haut de la carte, réduisez la fenêtre d’informations Georeferencing: Historical_image.tif (Géoréférencement : Historical_image.tif) pour alléger l’affichage de la carte.
Vous allez également afficher l’image historique avec un paramètre Resampling Type (Type de rééchantillonnage) plus fluide pour vous assurer que les détails de l’image ne sont pas pixellisés en cas de zoom avant.
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Raster Layer (Couche raster). Dans le groupe Rendering (Rendu), cliquez sur Resampling Type (Type de rééchantillonnage) et choisissez Bilinear (Bilinéaire).
Vous allez maintenant examiner l’image pour mieux comprendre sa position et son échelle actuelles.
- Dans le groupe Compare (Comparer), cliquez sur Swipe (Balayer).
- Sur la carte, utilisez l’outil Swipe (Balayer) pour examiner la photo historique. Faites glisser le curseur de haut en bas ou d’un côté à l’autre pour révéler le contenu sous l’image.
Comme illustré dans l’exemple d’image, l’échangeur d’autoroute principal en forme de Y (1) est particulièrement utile pour s’orienter. Le Beaver Stadium (2), représenté par un élément blanc lumineux en U est également un point de repère identifiable.
L’orientation de l’image est incorrecte ; vous devez pivoter celle-ci vers la gauche pour placer le nord en haut.
- Lorsque vous avez terminé la vérification de l’image, sur le ruban, cliquez sur l’onglet Map (Carte). Dans le groupe Navigate (Naviguer), cliquez sur le bouton Explore (Explorer) pour désactiver l’outil Swipe (Balayer).
- Cliquez sur Georeference (Géoréférencer). Dans le groupe Prepare (Préparer), développez le menu déroulant Fixed Rotate (Rotation fixe) et sélectionnez Rotate Left (Pivoter à gauche).
L’image pivote de 90 degrés dans le sens anti-horaire.
L’autoroute en forme de Y va maintenant dans le même sens sur l’image (en blanc) et sur le fond de carte (en marron). Le Beaver Stadium apparaît quant à lui désormais au sud de l’autoroute.
- Explorez l’image en zoomant et en vous déplaçant.
Conseil :
Dans la fenêtre Contents (Contenu), vous pouvez également désactiver puis réactiver l’image Historical_image.tiff pour mieux examiner l’alignement sur le fond de carte.
La photo historique couvre actuellement une grande partie du fond de carte mais représente en réalité une zone géographique beaucoup plus petite. Encore une fois, l’autoroute et le stade offrent une excellente référence visuelle.
- Dans l’onglet Georeference (Géoréférencer), utilisez les outils Move (Déplacer), Scale (Mettre à l’échelle) et éventuellement Rotate (Pivoter) pour améliorer le positionnement de l’image.
Lorsque vous utilisez ces outils, la transparence est appliquée à l’image pour vous aider à identifier la position correcte.
Conseil :
Tout en utilisant les outils Move (Déplacer) et Scale (Mettre à l’échelle), appuyez sur la touche C pour revenir temporairement au mode de déplacement et de zoom, selon les besoins.
Le résultat doit ressembler à l’image suivante :
Remarque :
Ce processus n’a pas pour but d’obtenir un géoréférencement parfait de la photo historique. Vous affinez simplement le positionnement approximatif de la photo. Cela vous aidera pour l’étape suivante du processus de géoréférencement, dans laquelle vous devrez trouver visuellement des entités correspondantes entre la photo historique et le fond de carte.
Le processus d’alignement d’une image avec une couche de référence est appelé calage. Au cours du déplacement, de la mise à l’échelle et de la rotation, vous constaterez peut-être que le calage des emplacements s’améliore. Il est cependant impossible d’obtenir le même niveau de calage sur toute l’image. En effet, le fait de réaliser le calage dans une zone modifie le calage d’autres zones. Dans l’étape suivante du processus de géoréférencement, vous utiliserez des points de contrôle et une méthode de transformation pour obtenir un meilleur calage global de l’image.
Lorsque vous êtes satisfait du positionnement approximatif de la carte, réactivez l’outil Explore (Explorer).
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Map (Carte). Cliquez sur Explore (Explorer) pour désactiver les outils de géoréférencement.
Attention :
Pour que le géoréférencement aboutisse, n’enregistrez pas cette image tout de suite. Attendez d’avoir ajouté les points de contrôle au cours du didacticiel.
À ce stade du didacticiel, vous avez ouvert le projet dans ArcGIS Pro et avez passé en revue son contenu. Vous avez ensuite ajouté la photo historique à la carte, défini le système de coordonnées souhaité et aligné approximativement la photo sur le fond de carte. Vous allez ensuite ajouter des points de contrôle à l’image et appliquer une transformation.
Créer des points de contrôle et appliquer une transformation
Les points de contrôle sont des entités distinctes qui peuvent être clairement identifiées dans l’image de référence et dans la photo à géoréférencer. Vous allez identifier et ajouter plusieurs points de contrôle à votre carte. Vous allez ensuite appliquer une transformation pour aligner les points de contrôle sur les deux images.
Remarque :
Bien qu’il existe des outils qui tentent d’automatiser l’identification de ces points communs à l’aide d’algorithmes de reconnaissance des modèles, ils ne sont pas toujours fiables lorsque les deux images sont très différentes, comme cela peut être le cas si l’image de référence est en couleur et la photo aérienne numérisée en noir et blanc. De plus, lorsque vous géoréférencez des photos aériennes historiques, il peut y avoir des entités importantes au sol en raison de la reconstruction de routes, du réasphaltage des trottoirs, de la construction de nouveaux bâtiments ou de nouveaux aménagements. Dans ces cas, le choix du point de contrôle peut nécessiter une interprétation et une évaluation humaines.
Choisir une nouvelle image de référence
Lorsque vous créez les points de contrôle, nous vous recommandons d’utiliser la meilleure image de référence disponible. Si possible, la précision de l’image de référence doit être connue et son échelle et sa résolution doivent être similaire à celles de la photo à géoréférencer. Cela vous aidera à identifier les entités communes et à évaluer la qualité du résultat final. Les orthophotos haute précision créées en 2006 pour le comté de Centre, en Pennsylvanie, sont disponibles gratuitement sur le portail Pennsylvania Spatial Data Access. Vous allez utiliser une image de référence dérivée de ces orthophotos. Elle couvre la zone d’intérêt et a été enregistrée selon le système de coordonnées NAD 1983 UTM Zone 18N.
Remarque :
Si aucune orthophoto haute résolution n’est disponible, vous pouvez également utiliser le fond de carte Imagery Hybrid (Imagerie hybride) comme image de référence.
Vous allez ajouter l’orthophoto de référence à la carte.
- Dans la fenêtre Catalog (Catalogue), cliquez avec le bouton droit sur PAMAP_reference_image.tif et choisissez Add To Current Map (Ajouter à la carte actuelle).
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), cliquez sur la flèche en regard de PAMAP_reference_image.tif pour réduire la légende.
- Assurez-vous que la couche PAMAP_reference_image.tif est sélectionnée.
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Raster Layer (Couche raster). Dans le groupe Rendering (Rendu), cliquez sur Resampling Type (Type de rééchantillonnage) et choisissez Bilinear (Bilinéaire).
Vous allez supprimer le fond de carte Imagery Hybrid (Imagerie hybride) actuel du projet, car vous n’en avez plus besoin.
- Cliquez avec le bouton droit sur la couche World Imagery et choisissez Remove (Supprimer).
- Supprimez Hybrid Reference Layer (Couche de référence hybride).
- Faites glisser Historical_image.tif au-dessus de PAMAP_reference_image.tif.
La photo historique apparaît au-dessus de l’image de référence sur la carte.
Vous allez maintenant comparer les deux images.
- Assurez-vous que la couche Historical_image.tif est sélectionnée. Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Raster Layer (Couche raster) et sur Swipe (Balayer).
- Effectuez un zoom avant jusqu’à ce que les entités distinctes au sol soient clairement identifiables et utilisez l’outil Swipe (Balayer) pour comparer visuellement les deux couches d’images.
Les deux images ne sont toujours alignées que de manière approximative dans la mesure où le processus de géoréférencement n’est pas terminé. Des modifications évidentes ont été apportées. C’est le cas, par exemple, au nord-est du Beaver Stadium, où un projet de construction d’un nouveau terrain de baseball est présent sur l’image de référence de 2006.
- Dans l’onglet Map (Carte) du ruban, cliquez sur Explore (Explorer).
Se préparer à la création des points de contrôle
Vous allez ensuite vous préparer à créer les points de contrôle.
- Sous l’onglet Map (Carte), dans le groupe Navigate (Naviguer), cliquez sur Bookmarks (Géosignets) et choisissez Manage Bookmarks (Gérer les géosignets).
La fenêtre Bookmarks (Géosignets) apparaît et permet d’accéder rapidement aux géosignets créés pour ce didacticiel. Ces géosignets représentent des emplacements de point de contrôle suggérés.
- Si nécessaire, dans la fenêtre Bookmarks (Géosignets), cliquez sur le menu de l’option et sélectionnez Gallery (Bibliothèque).
Vous serez ainsi assuré que les géosignets s’affichent sous la forme d’une bibliothèque d’icônes, et non d’une liste de texte.
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Georeference (Géoréférence). Dans le groupe Adjust (Ajuster), cliquez sur l’outil Auto Apply (Appliquer automatiquement) pour le désactiver.
Remarque :
Lorsque l’outil Auto Apply (Appliquer automatiquement) est désactivé, il ne comporte pas d’arrière-plan bleu.
Lorsque l’option Auto Apply (Appliquer automatiquement) est active, elle applique automatiquement une transformation à l’image en cours de géoréférencement, puis met à jour l’affichage au fur et à mesure que vous ajoutez, supprimez ou modifiez des points de contrôle. Dans le cadre de cet exercice, vous souhaitez que l’option Auto Apply (Appliquer automatiquement) soit désactivée afin de pouvoir observer les points de contrôle à leur emplacement initial. Vous appliquerez la transformation plus tard au cours du processus.
- Dans le groupe Review (Vérifier), cliquez sur Control Point Table (Table de points de contrôle).
La table de points de contrôle apparaît. Il s’agit de l’emplacement où les points de contrôle sont répertoriés.
- Si nécessaire, repositionnez la table sous la vue cartographique. Vous pouvez également faire glisser le haut de la fenêtre de la table de points de contrôle pour en ajuster la taille. Assurez-vous que vous disposer d’un espace suffisant pour afficher la carte.
Vous êtes prêt à ajouter le premier point de contrôle.
Créer des points de contrôle
Vous allez ensuite commencer à créer des points de contrôle. Il est important de choisir des points de contrôle répartis sur toute la photo historique afin d’obtenir le meilleur calage possible. Cela vous permet d’épingler la photo historique sur l’image de référence avec une bonne précision globale. Par exemple, vous pouvez commencer en positionnant un point de contrôle sur le bord sud-ouest de l’image, un autre sur le bord nord-ouest, et un troisième sur le bord nord-est.
Au moins trois points de contrôle sont requis pour positionner l’image. Vous pouvez ensuite ajouter d’autres points pour affiner la position.
Remarque :
En créant au minimum trois points de contrôle, vous pouvez résoudre les éléments fondamentaux du calage : (1) Où l’image doit-elle être positionnée ? (2) À quel point doit-elle être étirée verticalement et horizontalement (ou mise à l’échelle) ? Et (3) comment devez-vous la faire pivoter ?
Vous allez tout d’abord créer un premier point de contrôle sur le bord sud-ouest de la photo historique.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), décochez la case en regard de Historical_image.tif pour désactiver la couche.
- Dans la fenêtre Bookmarks (Géosignets), cliquez sur Control point 1 (Point de contrôle 1). Cliquez sur le bouton Zoom To (Zoom sur).
Conseil :
Vous pouvez également double-cliquer sur le géosignet Control point 1 (Point de contrôle 1).
L’étendue de la carte est mise à jour pour prendre en compte l’emplacement suggéré pour le premier point de contrôle. La flèche jaune sur l’exemple d’image pointe sur le premier point de contrôle.
Remarque :
Un bon point de contrôle est un point qui peut être localisé en toute confiance et avec précision sur les deux images.
- Localisez le point sur l’image PAMAP_reference_image.tif.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), activez Historical_image.tif. Sur la carte, vérifiez que vous pouvez trouver précisément la même entité.
Remarque :
Vous devrez peut-être déplacer la carte et effectuer un zoom pour trouver le point, car les deux images sont seulement alignées de manière approximative pour le moment.
- Sous l’onglet Georeference (Géoréférence), dans le groupe Adjust (Ajuster), cliquez sur Add Control Points (Ajouter des points de contrôle).
Pour ajouter le point de contrôle, commencez par cliquer sur l’emplacement sur la couche source (la photo historique), puis cliquez sur l’emplacement correspondant sur la couche cible (l’image de référence). On appelle ces emplacements points de départ et points d’arrivée.
- Sur la vue cartographique, recherchez l’emplacement du point de contrôle choisi sur la couche de la photo historique.
- Lorsque vous êtes prêt, cliquez sur l’emplacement pour placer le point de départ.
Conseil :
Si vous avez touché une autre fenêtre (par exemple la fenêtre Contents [Contenu]), vous devrez peut-être cliquer deux fois : une première fois pour centrer l’affichage sur la carte et une deuxième fois pour créer le point de départ (option From point (source) (Point de départ [source])).
Un carré rouge apparaît représentant le point de départ (From point (Point de départ)) placé.
- Localisez le même emplacement sur l’image de référence et cliquez dessus.
Conseil :
Pour afficher rapidement la couche d’image de référence sous-jacente, appuyez sur la touche L une fois pour désactiver temporairement la couche de la photo historique, puis de nouveau sur L pour la réactiver.
SI l’image historique ne s’affiche pas, vous pouvez également la faire réapparaître en cliquant une fois sur la table de points de contrôle.
- Cliquez sur l’emplacement pour placer le point d’arrivée To point (target) (Point d’arrivée [cible]).
À présent, deux points en forme de croix représentent le point de départ (rouge) et le point d’arrivée (vert). Il s’agit du premier point de contrôle.
- Vérifiez la table de points de contrôle StateCollegeGeoref: Historical_image.tif.
Le premier point de contrôle est à présent répertorié.
Remarque :
Les valeurs exactes répertoriées dans la table dépendent de la position actuelle de l’image historique et différeront de l’exemple d’image.
Les valeurs Source X et Source Y représentent les coordonnées du point de départ, et les valeurs X Map (Carte X) et Y Map (Carte Y) les coordonnées du point d’arrivée. Les trois dernières colonnes correspondent à l’erreur résiduelle, ou à la distance, entre les points de départ et d’arrivée. Les colonnes Residual X (Résiduel X) et Residual Y (Résiduel Y) mesurent la distance entre les deux points sur les axes X et Y. La colonne Residual (Résiduel) calcule la distance en ligne droite entre les deux points, selon le théorème de Pythagore :
Racine carrée(Résiduel X2 + Résiduel Y2)
Étant donné que l’unité de cette carte est le mètre, toutes les erreurs résiduelles sont exprimées en mètres.
Remarque :
Les valeurs figurant dans la table peuvent varier selon la position actuelle de la photo historique et la position exacte des points de contrôle.
Si vous n’êtes pas satisfait d’un point de contrôle, vous pouvez le supprimer. Sélectionnez la ligne correspondante dans la table, puis cliquez sur le bouton Delete Selected (Supprimer la sélection). Vous pouvez ensuite créer une nouvelle ligne.
Vous allez créer le deuxième point de contrôle sur le bord nord-ouest de la photo historique.
- Dans la fenêtre Bookmarks (Géosignets), double-cliquez sur Control point 2 (Point de contrôle 2).
- Avec l’exemple d’image en référence, ajoutez le point de départ (photo historique) et le point d’arrivée (image de référence).
- Examinez la table de points de contrôle StateCollegeGeoref: Historical_image.tif et vérifiez que le deuxième point de contrôle a été ajouté.
- À l’aide du géosignet Control point 3 (Point de contrôle 3) et de l’exemple d’image fournie à titre de référence, ajoutez un troisième point de contrôle sur le bord nord-est de la photo historique.
Trois points de contrôle sont répertoriés dans la table de points de contrôle StateCollegeGeoref: Historical_image.tif. Vous êtes prêt à appliquer la transformation.
Appliquer une transformation
Vous allez appliquer une transformation en vous appuyant sur les trois points de contrôle que vous avez créés. Cela va vous permettre de mieux aligner la photo historique et l’image de référence.
- Dans la table de points de contrôle, assurez-vous que la méthode de transformation sélectionnée est 1st Order Polynomial (Affine) (Transformation polynomiale de 1er ordre [affine]).
Remarque :
L’approfondissement des méthodes de transformation n’est pas abordé dans ce didacticiel. Il suffit de savoir que la transformation polynomiale de premier ordre (également appelée transformation affine) est couramment utilisée pour géoréférencer l’imagerie car elle transforme l’image sans la déformer. Comme indiqué dans le diagramme suivant, la transformation affine peut décaler (déplacer) l’image (1), la mettre à l’échelle horizontalement (2) ou verticalement (3) et la faire pivoter (4).
Les lignes droites de l’image en entrée restent des lignes droites dans l’image en sortie. Les carrés et rectangles de l’image en entrée peuvent être remplacés par des parallélogrammes dont la mise à l’échelle et l’orientation des angles sont arbitraires.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), cliquez avec le bouton droit sur Historical_image.tif et sélectionnez Zoom To Layer (Zoom sur la couche).
Les trois points de contrôle sont visibles simultanément.
- Dans la table des points de contrôle, observez les valeurs d’erreur résiduelle.
Les résiduels sont actuellement basés sur le géoréférencement approximatif que vous avez effectué à l’aide des outils Move (Déplacer), Scale (Mettre à l’échelle) et Rotate (Pivoter). Ils devraient donc être assez élevés (100 mètres ou plus).
- Sur le ruban, sous l’onglet Georeference (Géoréférence), dans le groupe Adjust (Ajuster), cliquez sur Apply (Appliquer).
L’image source est automatiquement décalée, mise à l’échelle et pivotée afin que chaque paire de points de contrôle source et cible coïncide.
- Dans la table des points de contrôle, observez les nouvelles valeurs d’erreur résiduelle.
Tous les résiduels sont désormais à zéro (0) mètre. Cela est dû au fait que la transformation affine calcule une solution exacte d’après trois points de contrôle. Bien qu’on puisse au départ penser qu’il s’agit de la solution parfaite, en réalité, en décalant, en mettant à l’échelle et en pivotant l’image, la transformation affine pourrait parfaitement aligner n’importe quel ensemble de trois points de contrôle, même si vous avez accidentellement numérisé un point de départ ou d’arrivée erroné dans l’une des images.
C’est pourquoi, même s’il est possible d’appliquer la transformation affine à trois points au minimum, nous vous conseillons d’en ajouter d’autres. Avec quatre à six points de contrôle, la transformation affine ne sera pas en mesure d’aligner parfaitement tous les points automatiquement, et elle tentera d’aligner les points du mieux possible globalement, afin d’obtenir le meilleur ajustement. Le résultat attendu correspond à des erreurs résiduelles supérieures à zéro, mais tout de même petites. Si les erreurs résiduelles sont importantes, cela signifie que certains des points de contrôle ont été mal créés et doivent être examinés et corrigés.
Remarque :
Vous pouvez créer plus de six points de contrôle. Toutefois, disposer d’un grand nombre de points n’apporte pas un grand avantage avec la transformation affine.
Ajouter d’autres points de contrôle
Vous allez ensuite ajouter d’autres points de contrôle et appliquer de nouveau la transformation.
- À l’aide du géosignet Control point 4 (Point de contrôle 4) et de l’exemple d’image, ajoutez un quatrième point de contrôle sur le bord sud-est de la photo historique.
- À l’aide du géosignet Control point 5 (Point de contrôle 5) et de l’exemple d’image, ajoutez un cinquième point de contrôle au centre-ouest de la photo historique.
- À l’aide du géosignet Control point 6 (Point de contrôle 6) et de l’exemple d’image, ajoutez un sixième point de contrôle au centre-est de la photo historique.
- Vérifiez la table de points de contrôle.
Six points de contrôle sont maintenant répertoriés. Les trois premiers ont toujours des erreurs résiduelles de 0, et les trois derniers ont des erreurs résiduelles relativement élevées. Même si la transformation appliquée précédemment constituait une solution exacte pour les trois premiers points, elle n’est pas parfaite pour les trois derniers. Le décalage, la mise à l’échelle et la rotation qui permettent d’ajuster parfaitement les trois premiers points ne constituent pas une solution idéale pour le reste de l’image.
Vous allez appliquer de nouveau la transformation affine pour optimiser l’alignement général de tous les points.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), cliquez avec le bouton droit sur Historical_image.tif et sélectionnez Zoom To Layer (Zoom sur la couche).
- Sur le ruban, sous l’onglet Georeference (Géoréférence), cliquez sur Apply (Appliquer).
Le calage de la photo historique est légèrement ajusté.
- Vérifiez la table de points de contrôle.
Les six points ont désormais tous de petits résiduels différents de zéro. Le meilleur ajustement général a été calculé, tous les points de contrôle ont été alignés du mieux possible, et l’erreur résiduelle a été répartie équitablement entre tous les points de contrôle. Vous allez inspecter visuellement certains de ces points.
- Double-cliquez au début de la ligne du premier point de contrôle.
La carte effectue un zoom sur le point de contrôle sélectionné. Vous pouvez voir que les points de départ et d’arrivée ne coïncident plus exactement. La distance entre les deux correspond à l’erreur résiduelle pour ce point de contrôle.
- De la même manière, zoomez sur les autres points pour les examiner visuellement.
En raison des limites de cette approche de géoréférencement, il reste certaines erreurs résiduelles différentes de zéro. Lorsque vous évaluez l’alignement à chacun des points que vous vérifiez, regardez la magnitude et la direction du décalage entre la photo historique et l’image de référence. La distance est-elle toujours la même ? La direction est-elle toujours la même ?
Si les erreurs résiduelles semblent anormalement élevées (par exemple, plus de 40 mètres), vous avez peut-être fait une erreur lors de la création d’un des points de contrôle.
Remarque :
Qu’est-ce qu’un niveau d’erreur résiduelle acceptable ? Il n’existe aucune règle définie pour déterminer si les erreurs résiduelles sont raisonnables ou anormalement élevées. Cela dépend de la qualité, de l’échelle et de la résolution de l’imagerie. Cela dépend également du type de paysage que représente l’image. Comme vous le verrez plus tard dans le didacticiel, les zones avec d’importantes variations d’élévation, comme des montagnes à côté de vallées, génèrent des erreurs résiduelles plus élevées. Enfin, le fait qu’un niveau d’erreur résiduelle soit acceptable ou non dépend de ce que vous prévoyez de faire avec l’image et du niveau de précision dont vous avez besoin. Avec de l’expérience, vous serez en mesure d’évaluer la qualité de votre résultat de géoréférencement et de savoir s’il répondra ou non à vos besoins en matière de précision.
Pour vérifier la précision des points de contrôle, vous pouvez réappliquer la transformation en désactivant un des points de contrôle.
- Dans la table des points de contrôle, décochez la case d’un des points.
- Sur le ruban, sous l’onglet Georeference (Géoréférence), cliquez sur Apply (Appliquer).
Si les erreurs résiduelles sont nettement améliorées, le point qui est désactivé a peut-être été mal créé. Dans ce cas, vous pouvez supprimer le point dans la table et le recréer. Cependant, si les erreurs résiduelles restent globalement raisonnables (dans le cas présent, inférieures à 40 mètres), il n’est pas indispensable d’affiner davantage le résultat. Par exemple, un point de contrôle qui génère une petite augmentation des résiduels peut ne pas être erroné, mais situé dans une zone avec des variations d’altitude.
- Vous pouvez éventuellement appliquer la transformation sur d’autres sous-ensembles de cinq points activés afin de voir comment cela affecte l’erreur résiduelle.
- Activez les six points de contrôle et appliquez de nouveau la transformation.
Il s’agit du calage final de l’image historique. Vous allez enregistrer les informations de géoréférencement.
- Sur le ruban, sous l’onglet Georeference (Géoréférence), dans le groupe Save (Enregistrer), cliquez sur Save (Enregistrer).
Enregistrer l’image a pour effet d’écrire les informations de géoréférencement sur le disque. Ces informations incluent le système de coordonnées et la transformation appliquée, ainsi que tous les points de contrôle. Elles définissent la manière dont l’image peut être décalée, mise à l’échelle et pivotée afin d’apparaître exactement comme elle apparaît actuellement sur la carte. Les images associées à ces informations sont géoréférencées à la volée dans ArcGIS Pro. Vous pouvez maintenant ajouter l’image historique à n’importe quel projet SIG. Elle apparaîtra sur la carte exactement à la même position.
Remarque :
Dans la plupart des cas, il est recommandé d’utiliser l’option Save (Enregistrer). Les avantages de cette méthode sont que très peu de données sont requises pour appliquer le géoréférencement et qu’elle ne modifie pas l’image d’origine.
Save as New (Enregistrer comme nouveau) (au lieu de Save [Enregistrer]) a pour effet de créer une nouvelle image définitivement transformée. Au lieu de simplement enregistrer les paramètres de transformation, choisir cette option rééchantillonne l’image. Cette transformation permanente peut être utile dans certains cas, mais nécessite davantage d’espace sur le disque pour enregistrer la nouvelle image et est irréversible. Pour en savoir plus, reportez-vous à la rubrique Vue d’ensemble du géoréférencement.
Le processus de géoréférencement est terminé.
- Dans l’onglet Georeference (Géoréférencer), dans le groupe Close (Fermer), cliquez sur Close Georeference (Fermer la session de géoréférencement).
L’onglet Georeference (Géoréférencer), la table de points de contrôle et les points de contrôle disparaissent.
- Sur Quick Access Toolbar (Barre d’outils Accès rapide), cliquez sur le bouton Save Project (Enregistrer le projet).
Remarque :
Si un message apparaît pour signaler que le projet a été créé à l’aide d’une version précédente d’ArcGIS Pro, cliquez sur Yes (Oui). Si vous le souhaitez, vous pouvez utiliser l’outil Clip Raster (Découper le raster) pour découper l’image historique autour de votre zone d’intérêt et supprimer la bordure sombre de la photo d’origine.
Vous allez analyser la manière dont l’image historique est représentée sur le disque.
- Dans Windows Explorer, accédez au dossier StateCollegeGeoreferencing et ouvrez le dossier Imagery.
Initialement, vous n’aviez que le fichier image principal, Historical_image.tif. Lorsque vous avez travaillé sur l’image dans ArcGIS Pro, des fichiers auxiliaires ont été ajoutés :
- Historical_image.tif.aux.xml contient les statistiques de l’image, le système de coordonnées (NAD 1983 UTM Zone 18N) et d’autres informations utiles.
- Historical_image.tfwx (ou le fichier de géoréférencement) contient les informations de géoréférencement.
Conseil :
Historical_image.tif contient également les informations de géoréférencement intégrées sous forme de balises GeoTIFF. Les autres paquetages logiciels peuvent lire soit le fichier de géoréférencement, soit les balises GeoTIFF.
En savoir plus sur le calage et l’orthorectification
Dans ce processus, vous avez géoréférencé la photo historique à l’aide des techniques de calage. Il s’agit d’une méthode relativement rapide et pratique pour préparer l’imagerie à utiliser dans un système SIG. Néanmoins, cette approche ne permet pas de dépasser un certain niveau de précision.
Lors de la prise d’une photo aérienne, l’orientation et l’inclinaison de l’appareil photo dans l’avion par rapport au sol et les effets du terrain sur la photographie provoquent des variations d’échelle et des distorsions sur la photo, qu’il est impossible de corriger en la décalant, en la mettant à l’échelle ou en la faisant pivoter.
Vous allez examiner une zone où ces variations sont flagrantes.
- Sur le ruban, sous l’onglet Map (Carte), cliquez sur Bookmarks (Géosignets), puis sélectionnez le géosignet Elevation variation (Variation d’altitude).
À l’est, cette étendue inclut une partie du mont Nittany, dont l’altitude est nettement plus élevée que les alentours. Cette différence est visible sur l’image suivante, qui représente le terrain dans cette zone.
De telles différences d’altitude génèrent des distorsions dans la photo historique.
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), assurez-vous que le fichier Historical_image.tif est sélectionné.
- Sur le ruban, cliquez sur l’onglet Raster Layer (Couche raster). Cliquez sur Swipe (Balayer).
- Sur la carte, utilisez l’outil Swipe (Balayer) pour comparer l’alignement entre la plaine à basse altitude et la montagne plus élevée.
Le calage de l’image que vous avez effectué est plus précis pour la plaine que pour la montagne. L’image ci-dessous fournit des exemples intéressants. Dans le centre-ville de Lemont (1), dont l’altitude est basse, les rues sont alignées précisément. À l’inverse, sur le mont Nittany, dont l’altitude est plus élevée, la route (2) et la crête de la montagne (3) sont nettement moins bien alignées.
Pour éliminer ces distorsions, vous devez utiliser un processus photogrammétrique plus avancé, qui inclut des techniques d’orthorectification. Ces processus utilisent une couche de modèle de terrain qui fournit des informations d’altitude, afin de rectifier les distorsions de l’image. Le résultat final est une image orthorectifiée plus précise, également appelée orthophoto.
Remarque :
En savoir plus sur la photogrammétrie et l’orthocartographie.
Le niveau de précision obtenu avec les techniques de calage seul est suffisant pour examiner visuellement des photos historiques et les comparer à d’autres couches de données pour obtenir un aperçu général de l’évolution d’une zone au fil du temps. En revanche, si vous voulez utiliser l’imagerie dans le cadre d’un processus d’analyse des changements haute précision, qui inclut la comparaison des routes et des modifications de l’occupation du sol, vous devez utiliser une approche d’orthorectification.
- Une fois que vous avez vérifié l’image, cliquez sur l’onglet Map (Carte). Cliquez sur Explore (Explorer).
- Dans la fenêtre Contents (Contenu), cliquez avec le bouton droit sur Historical_image.tif et sélectionnez Zoom To Layer (Zoom sur la couche).
- Enregistrez le projet.
Dans ce didacticiel, vous avez géoréférencé une image historique en utilisant une approche de calage. Vous avez commencé par ajouter une image historique sans système de coordonnées à la carte et l’avez ajustée approximativement à l’affichage. Vous avez ensuite créé des points de contrôle, avez appliqué une transformation pour positionner l’image plus précisément et avez enregistré les informations de géoréférencement ainsi générées sur le disque. Enfin, vous avez appris la différence entre cette approche et les techniques d’orthorectification plus avancées.
Vous trouverez d’autres didacticiels comme celui-ci sur la page Introduction à l’imagerie et la télédétection.
Vous trouverez d’autres didacticiels dans la bibliothèque des didacticiels.
