Distance d’échantillonnage au sol (GSD) : planification de levés par drone pour Metashape

La distance d’échantillonnage au sol (GSD) est l’un des paramètres les plus importants à prendre en compte lors de la planification d’un levé photogrammétrique par drone pour Agisoft Metashape.

Le GSD détermine la superficie réelle au sol représentée par un seul pixel sur une photographie aérienne. Il influe directement sur le niveau de détail capturé par le drone, la résolution de l’orthomosaïque et du MNT obtenus, le nombre d’images nécessaires ainsi que la quantité de données que Metashape doit traiter.

Par exemple, un GSD de 2 cm/pixel signifie qu’un pixel de l’image source correspond à environ 2 × 2 cm sur le terrain.

Un vol à plus basse altitude se traduit généralement par une GSD plus petite et, par conséquent, par des images plus détaillées. Un vol à plus haute altitude se traduit par une GSD plus grande, ce qui réduit le niveau de détail mais permet de cartographier une zone plus étendue avec moins d’images.

Ce guide explique ce qu’est la distance d’échantillonnage au sol(GSD) dans le cadre de la cartographie par drone, comment elle est calculée, comment l’altitude de vol l’influence et comment choisir une GSD appropriée lors de la planification de levés pour Agisoft Metashape.

Qu’est-ce que la distance d’échantillonnage au sol ?

La distance d’échantillonnage au sol correspond à la distance approximative au sol représentée par la distance entre les centres de deux pixels d’image adjacents.

Le GSD s’exprime généralement comme suit :

• mm/pixel
• cm/pixel
• m/pixel

Dans la cartographie par drone, l’unité la plus couramment utilisée est le centimètre par pixel.

Par exemple :

• GSD de 1 cm/pixel = chaque pixel correspond à environ 1 cm au sol.
• GSD de 2 cm/pixel = chaque pixel correspond à environ 2 cm.
• GSD de 5 cm/pixel = chaque pixel correspond à environ 5 cm.

Un GSD plus faible signifie un niveau de détail spatial plus élevé.

Pourquoi le format GSD est-il important dans Agisoft Metashape ?

Metashape reconstitue une géométrie tridimensionnelle en identifiant et en faisant correspondre les caractéristiques d’image entre des photographies qui se chevauchent.

Le niveau de détail de ces photographies limite donc les détails qu’il est finalement possible de reconstituer.

Le GSD touche :

• Résolution de l’orthomosaïque
• Détail du nuage de points
• Résolution des modèles DEM et DSM
• Visibilité des points de contrôle au sol
• Capacité à identifier de petits objets
• Nombre de photos requises
• Délai de traitement
• Configuration requise en matière de mémoire vive et de stockage

Le choix d’une résolution GSD inutilement faible peut entraîner la prise de milliers de photos supplémentaires sans apporter d’informations utiles au projet.

Le choix d’un GSD trop grand peut toutefois avoir pour conséquence que des détails importants n’aient jamais été capturés et ne puissent être récupérés lors du traitement.

Comment calcule-t-on le GSD ?

Pour une photographie aérienne nadirale classique prise au-dessus d’un terrain relativement plat, la GSD peut être estimée à partir de la géométrie de l’appareil photo.

Voici une formule utile :

GSD = (H × largeur du capteur) / (distance focale × largeur de l’image)

où :

• GSD = distance d’échantillonnage au sol
• H = distance entre la caméra et le sol
• Largeur du capteur = largeur physique du capteur
• Distance focale = distance focale de l’objectif
• Largeur de l’image = nombre de pixels sur la largeur de l’image

Un calcul équivalent peut être effectué à partir de la taille physique du pixel :

GSD = H × taille du pixel / distance focale

Les unités doivent rester cohérentes tout au long du calcul.

Exemple de calcul du GSD

Prenons l’exemple d’une caméra de drone dotée des caractéristiques suivantes :

• Largeur du capteur : 13,2 mm
• Largeur de l’image : 5 472 pixels
• Distance focale : 8,8 mm
• Hauteur de vol au-dessus du sol : 100 m

La GSD approximative est la suivante :

GSD = (100 × 13,2) / (8,8 × 5 472)

Cela donne environ :

0,0274 m/pixel = 2,74 cm/pixel

Si ce même appareil photo vole à une altitude environ deux fois plus élevée au-dessus du sol, la GSD sera également environ deux fois plus grande.

Grâce à cette relation, l’altitude de vol est l’une des variables les plus faciles à ajuster lors de la planification d’une mission de cartographie.

Comment l’altitude de vol influe sur le GSD

Pour un même appareil photo et un même objectif :

Altitude plus faible = GSD plus faible = plus de détails

Altitude plus élevée = GSD plus grande = moins de détails

Cependant, un chiffre plus bas n’est pas forcément synonyme de meilleure qualité.

« Voler très bas » signifie :

• Chaque image couvre une zone plus restreinte.
• Il faut davantage de lignes aériennes.
• D’autres photos sont prises.
• Le délai de traitement s’allonge.
• Les besoins en mémoire vive (RAM) et en espace de stockage augmentent.

L’objectif devrait donc être d’atteindre la résolution requise par le projet plutôt que de se contenter de rechercher le GSD le plus petit possible.

Le GSD n’est pas constant sur un terrain accidenté

L’altitude de vol saisie dans le cadre d’une mission de drone ne correspond pas nécessairement à la distance réelle entre la caméra et chaque point du terrain.

Imaginez un drone volant à une altitude constante au-dessus d’une carrière.

La caméra se trouve peut-être à 100 mètres au-dessus du point le plus élevé, mais à 140 mètres au-dessus du fond de l’excavation.

Les images couvrant le fond de la carrière présenteront donc une résolution au sol (GSD) supérieure à celles couvrant la partie supérieure du terrain.

C’est pourquoi un projet Metashape peut présenter une résolution au sol moyenne, alors que les images individuelles et les zones comprises dans ce projet peuvent avoir des valeurs de GSD effectives différentes.

Dans les zones montagneuses, les carrières et les sites escarpés, la planification de vol avec suivi du relief peut contribuer à maintenir une distance plus constante entre la caméra et le sol.

Quel format GSD devriez-vous utiliser pour la cartographie par drone ?

Le GSD approprié dépend de l’objectif du projet.

Il s’agit d’exemples de planification plutôt que de spécifications universelles en matière de précision.

Il convient de choisir la GSD appropriée en fonction de la plus petite caractéristique à identifier, de la résolution requise pour le résultat final et des spécifications de précision du levé.

Le GSD n’est pas synonyme de précision

Cette distinction est extrêmement importante.

Une résolution spatiale (GSD) de 2 cm/pixel ne signifie pas automatiquement que le levé présente une précision de positionnement de 2 cm.

Le GSD décrit la résolution d’une image.

La précision des relevés dépend de nombreux autres facteurs, notamment :

• Qualité de positionnement RTK ou PPK
• Points de contrôle au sol
• Précision des points de contrôle
• Géométrie de l’image
• Étalonnage de la caméra
• Chevauchement d’images
• Vitesse d’obturation et netteté de l’image
• Distorsion de l’objectif
• Configuration du repère vertical
• Régulation photogrammétrique par faisceau

Vous pouvez donc disposer d’un jeu de données avec une GSD de 1 cm dont la géoréférencement comporte une erreur de plusieurs mètres, ou d’un jeu de données avec une GSD plus grande dont le positionnement est précis grâce à un réseau de contrôle topographique de haute qualité.

GSD et chevauchement d’images

La GSD ne doit jamais être planifiée indépendamment du chevauchement des images.

Metashape a besoin que les mêmes caractéristiques soient visibles sur plusieurs photographies afin de pouvoir les reconstruire de manière fiable.

Pour les levés aériens généraux, Agisoft recommande approximativement :

• 80 % de chevauchement vers l’avant
• 60 % de chevauchement latéral

Les terrains et les structures complexes peuvent nécessiter un chevauchement supplémentaire, des trajectoires de vol croisées ou des images obliques.

La réduction de l’altitude de vol afin d’obtenir une GSD plus faible sans modifier l’espacement entre les lignes de vol peut donc modifier le chevauchement effectif et potentiellement compromettre la qualité de l’ensemble de données.

Taille des points GSD et des points de contrôle au sol

La méthode GSD s’avère également utile pour déterminer la taille que doivent avoir les cibles des points de contrôle au sol.

Une cible doit occuper suffisamment de pixels sur les images aériennes pour pouvoir être identifiée et marquée avec précision.

Supposons que votre levé présente un GSD de :

2 cm/pixel

Une cible de 10 cm de large n’occuperait qu’environ :

10 cm / 2 cm = 5 pixels

Cela risque d’être trop petit pour permettre un marquage précis et reproductible.

Une cible plus grande, couvrant un nombre nettement plus important de pixels, offre un centre beaucoup plus net et réduit les ambiguïtés lors du marquage manuel ou automatique des points de contrôle.

Comment le GSD influe sur la résolution des orthomosaïques

Une fois le traitement terminé, Metashape peut générer une orthomosaïque géoréférencée.

La résolution de sortie naturelle est étroitement liée à la résolution effective des images sources.

La création d’une orthomosaïque dont la taille de pixel est nettement inférieure à la GSD d’origine ne fait pas apparaître de nouveaux détails au sol.

Par exemple, si l’imagerie contient environ 3 cm/pixel d’informations réelles sur le terrain, l’exportation d’une orthomosaïque à 0,5 cm/pixel génère principalement des pixels interpolés supplémentaires plutôt que six fois plus de détails mesurés.

C’est pourquoi la résolution de sortie doit rester réaliste par rapport à l’ensemble de données source.

Comment le GSD influe sur le temps de traitement de Metashape

Un GSD plus petit nécessite généralement de voler plus près du sol.

Cela réduit la superficie couverte par chaque image, ce qui signifie qu’il faut davantage de photographies pour cartographier la même zone.

En général, plus il y a d’images, plus :

• Heure d’alignement
• Traitement des cartes de profondeur
• Taille du nuage de points
• Taille du fichier DEM
• Taille de l’orthomosaïque
• Utilisation de la mémoire vive (RAM)
• Charge de travail du GPU
• Conditions de stockage

La planification d’une enquête relève donc également d’une décision en matière de gestion des données.

Un GSD deux fois plus petit pourrait générer un volume de données nettement supérieur à celui dont le projet a réellement besoin.

GSD et détection des petits éléments caractéristiques

Un pixel suffit rarement à identifier un objet de manière fiable.

Si l’élément le plus petit d’importance dans votre projet mesure 5 cm de large et que vous effectuez une acquisition à raison de 5 cm par pixel, cet élément peut occuper environ un pixel.

Même si, en théorie, cet élément apparaît sur l’image, il se peut qu’il ne soit pas identifiable ou qu’il ne se prête pas à une mesure.

Les caractéristiques essentielles doivent donc s’étendre sur plusieurs pixels.

Cela revêt une importance particulière pour :

• Cibles de l’enquête
• Fissures
• Marquages routiers
• Petits tuyaux
• Bords et angles
• Composants d’infrastructure

Planification d’un relevé par drone pour Metashape

Une approche pratique consiste à partir du résultat attendu plutôt que des capacités maximales du drone.

Étape 1 : Définir les détails requis

Déterminez le plus petit objet ou élément du relief qui doit être visible ou mesuré.

Étape 2 : Sélectionnez le GSD cible

Choisissez un GSD offrant un nombre de pixels suffisant pour couvrir ces éléments.

Étape 3 : Calculer la hauteur de vol

À partir des dimensions du capteur, de la résolution de l’image et de la distance focale, calculez la distance entre la caméra et le sol nécessaire pour obtenir la GSD souhaitée.

Étape 4 : Configurer le chevauchement des images

Pour la cartographie aérienne standard, Agisoft recommande, à titre indicatif, un chevauchement d’environ 80 % vers l’avant et de 60 % sur les côtés.

Étape 5 : Tenez compte des variations de terrain

Sur les terrains escarpés, envisagez des missions de suivi du relief afin que la résolution au sol (GSD) reste plus homogène tout au long du projet.

Étape 6 : Vérifier la réglementation aérienne et les consignes de sécurité

L’altitude photogrammétrique requise doit toujours être compatible avec la réglementation aérienne locale, les obstacles et les procédures d’exploitation en toute sécurité.

Étape 7 : Traitement et validation dans Metashape

Une fois le vol terminé, traitez les images dans Metashape et vérifiez le projet final à l’aide de points de contrôle au sol (GCP) appropriés, d’informations RTK/PPK et de points de contrôle indépendants lorsque la précision du levé est essentielle.

Planification de mission Metashape et résolution au sol (GSD) de la cible

Metashape Professional intègre également des fonctionnalités de planification de missions pour les structures complexes.

Dans ce flux de travail, la résolution d’image souhaitée peut être spécifiée directement sous la forme d’une GSD cible ou d’une distance de capture par rapport à la surface reconstruite.

Cela illustre un principe important : plutôt que de choisir arbitrairement la distance de survol, l’acquisition photogrammétrique peut être planifiée en fonction de la résolution spatiale requise par le projet final.

Erreurs courantes dans la planification du GSD

Toujours voler aussi bas que possible

Il n’est utile d’apporter davantage de détails que lorsque le projet l’exige. Une GSD inutilement faible alourdit la charge de travail en vol et lors du traitement.

Confondre le GSD avec la précision des enquêtes

Un GSD de petite taille ne garantit pas l’exactitude des coordonnées.

Ne pas tenir compte de l’altitude du terrain

Une altitude fixe du drone au-dessus d’un terrain variable entraîne une GSD variable.

Réduire le chevauchement des images pour gagner du temps

Des images à haute résolution ne peuvent pas compenser une géométrie photogrammétrique déficiente.

Exportation avec une taille de pixel irréaliste

Le suréchantillonnage d’une orthomosaïque ne permet pas de recréer des détails qui n’apparaissaient pas sur les photographies d’origine.

Recommandations finales

La distance d’échantillonnage au sol doit être sélectionnée avant que le drone ne décolle, et non après l’importation des images dans Metashape.

Voici un bon processus de planification d’une enquête :

1. Définissez le livrable requis.
2. Identifiez les plus petites caractéristiques pertinentes.
3. Choisissez une GSD cible appropriée.
4. Calculez la distance nécessaire entre la caméra et le sol.
5. Prévoyez un chevauchement suffisant vers l’avant et sur les côtés.
6. Tenez compte des variations d’altitude du terrain.
7. Réalisez des photos nettes et parfaitement exposées.
8. Utilisez un système de contrôle RTK, PPK ou GCP adapté.
9. Traitez l’ensemble de données dans Agisoft Metashape.
10. Vérifiez la précision en conditions réelles à l’aide de points de contrôle.

L’objectif n’est pas d’obtenir la GSD la plus faible possible. L’objectif est de capturer le niveau de détail d’image adéquat pour la précision de levé et les livrables requis, tout en optimisant la durée de vol et les exigences de traitement.

Lorsque le GSD, le chevauchement, la géométrie de la caméra et le géoréférencement sont planifiés conjointement, Agisoft Metashape peut transformer les images de drone obtenues en orthomosaïques, nuages de points, DSM, DTM et autres produits géospatiaux professionnels précis et performants.

Foire aux questions

Que signifie « GSD » dans le domaine de la cartographie par drone ?

L’abréviation GSD signifie « Ground Sampling Distance » (distance d’échantillonnage au sol) et désigne la distance approximative au sol correspondant à un pixel de l’image.

Un berger allemand de petite taille est-il préférable ?

Une GSD plus faible offre davantage de détails spatiaux, mais elle nécessite généralement une altitude de vol plus basse, un plus grand nombre de photographies et davantage de ressources de traitement. La meilleure GSD est celle qui correspond au niveau de détail requis par le projet.

Une GSD de 2 cm correspond-elle à une précision de 2 cm ?

Non. Une GSD de 2 cm/pixel décrit la résolution de l’image, et non une précision de positionnement garantie. La précision du levé dépend également des données de contrôle, de la géométrie de la caméra, de l’étalonnage, du chevauchement et de la qualité du traitement.

En quoi l’altitude influe-t-elle sur la GSD ?

Avec un appareil photo et une distance focale identiques, la GSD augmente approximativement proportionnellement à la distance entre l’appareil photo et le sol. Voler plus haut entraîne une GSD plus grande, tandis que voler plus bas entraîne une GSD plus petite.

Quel taux de chevauchement dois-je utiliser pour Agisoft Metashape ?

Pour la photographie aérienne générale, Agisoft recommande, à titre indicatif, un chevauchement vers l’avant d’environ 80 % et un chevauchement latéral d’au moins 60 %. Les scènes complexes peuvent nécessiter des chevauchements plus importants.

Le GSD peut-il varier au sein d’une même levé par drone ?

Oui. Si l’altitude du terrain varie, la distance entre la caméra et la surface varie également, ce qui entraîne des valeurs de GSD effectives différentes sur l’ensemble du levé.

Puis-je améliorer le GSD après le relevé par drone ?

Vous pouvez exporter une image ou une orthomosaïque avec des pixels plus petits, mais cela ne permet pas de recréer les détails spatiaux réels qui n’ont pas été capturés par la caméra. La GSD réelle est principalement déterminée lors de l’acquisition de l’image.

Metashape utilise-t-il GSD pour la planification des missions ?

Oui. Les outils de planification de mission de Metashape Professional destinés aux structures complexes peuvent utiliser une GSD cible ou une distance de capture spécifiée comme paramètre de résolution d’image souhaité.