Frontlap et Sidelap pour la photogrammétrie par drone : le meilleur chevauchement pour Agisoft Metashape

Le « frontlap » et le « sidelap » comptent parmi les paramètres les plus importants en photogrammétrie par drone. Même avec un excellent appareil photo, un positionnement RTK et une faible distance d’échantillonnage au sol (GSD), un chevauchement insuffisant des images peut entraîner un mauvais alignement, des lacunes dans le nuage de points, un étalonnage instable de l’appareil photo et une reconstruction 3D imprécise.

Pour les levés aériens traités dans Agisoft Metashape, il est recommandé de respecter un chevauchement avant d’environ 80 % et un chevauchement latéral d’au moins 60%.

Toutefois, ces valeurs doivent être considérées comme un point de départ plutôt que comme des paramètres universels applicables à tous les projets. Les chantiers de construction, les forêts, les bâtiments, les carrières et les structures 3D complexes peuvent nécessiter un chevauchement nettement plus important.

Ce guide explique les concepts de « frontlap » et de « sidelap » en photogrammétrie par drone, comment le chevauchement des images influe sur le traitement Metashape et quels paramètres de chevauchement il convient de prendre en compte pour différentes applications de cartographie.

Qu’est-ce que le « frontlap » en photogrammétrie par drone ?

Le « frontlap », également appelé « chevauchement vers l’avant », désigne le degré de chevauchement entre deux images consécutives prises le long d’une même trajectoire de vol.

Par exemple, si votre mission utilise un recouvrement frontal de 80 %, environ 80 % du sol visible sur une photographie devrait également apparaître sur la photographie suivante prise le long de la trajectoire de vol.

Cela signifie que le drone n’avance que d’environ 20 % de la largeur de l’image avant de prendre la photo suivante.

Un « frontlap » plus élevé permet à Metashape de disposer d’un plus grand nombre d’observations des mêmes éléments à partir de positions de caméra légèrement différentes.

Qu’est-ce que Sidelap ?

Le « sidelap », ou chevauchement latéral, désigne le chevauchement entre des photographies prises sur des trajectoires de vol parallèles et adjacentes.

Si une campagne de levé utilise un chevauchement latéral de 60 %, environ 60 % de la zone couverte par une ligne de vol chevauche les images capturées sur la ligne de vol voisine.

Le « frontlap » permet donc de contrôler le chevauchement dans le sens de la trajectoire, tandis que le « sidelap » contrôle le chevauchement entre les trajectoires voisines.

Pourquoi Metashape a-t-il besoin d’un chevauchement d’images ?

Agisoft Metashape reconstitue une scène en identifiant les éléments communs à plusieurs photographies.

Un élément visible sur une seule image ne peut pas fournir suffisamment d’informations pour permettre une triangulation photogrammétrique.

La même caractéristique doit être visible depuis plusieurs positions de caméra afin que Metashape puisse estimer sa position tridimensionnelle.

Un bon chevauchement contribue à :

• Alignement fiable des photos
• Davantage de points d’égalité
• Une géométrie de caméra améliorée
• Des nuages de points plus complets
• Meilleure reconstruction des contours du terrain
• Un étalonnage de la caméra plus stable
• Amélioration de la génération des modèles numériques de relief (MNR) et des modèles numériques de surface (MNS)
• Orthomosaïques de meilleure qualité

Le chevauchement ne sert donc pas simplement à éviter les lacunes entre les photographies. Il détermine le degré de redondance géométrique présent dans le bloc photogrammétrique.

Frontlap et Sidelap recommandés pour Agisoft Metashape

Pour la photographie aérienne en général, Agisoft recommande approximativement :

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

Ces valeurs constituent une référence utile pour la cartographie nadirale classique sur des terrains relativement dégagés et peu accidentés.

Dans des environnements plus complexes, l’augmentation du chevauchement peut améliorer la robustesse de la reconstruction.

Les valeurs ci-dessus doivent être considérées comme des fourchettes pratiques à des fins de planification plutôt que comme des normes universelles de précision. Le chevauchement approprié dépend du terrain, de la caméra, de la GSD, de la géométrie de vol et des livrables finaux requis.

Est-ce que 80 % de « Frontlap » et 60 % de « Sidelap » suffisent ?

Pour de nombreux relevés nadiraux classiques effectués en terrain dégagé, un rapport 80/60 constitue un bon point de départ.

Cependant, imaginez que vous deviez cartographier un chantier comprenant :

• Immeubles de grande hauteur
• Fouilles
• Stocks
• Murs de soutènement
• Grues
• Terrain escarpé

Certains objets peuvent masquer des parties du terrain depuis certaines positions de caméra. Un point visible sur une ligne de vol peut être masqué sur une autre.

Un chevauchement accru offre des angles de vue supplémentaires et augmente les chances que chaque partie importante du site apparaisse sur un nombre suffisant de photographies pour permettre une reconstitution fiable.

Pourquoi un chevauchement plus important peut améliorer la photogrammétrie

Un chevauchement plus important entraîne une redondance plus grande.

Au lieu d’apparaître sur quelques photographies seulement, un élément du paysage peut figurer sur de nombreuses images prises sous différents angles.

Cela peut permettre d’améliorer :

• Répartition des points d’égalité
• Résistance face à des photos de mauvaise qualité prises individuellement
• Auto-étalonnage de la caméra
• Reconstruction à proximité des limites de l’image
• Couverture autour des occlusions
• Stabilité globale de l’alignement

Cela s’avère particulièrement utile lorsque la surface présente des textures répétitives ou complexes.

Peut-on avoir trop de chevauchements ?

Oui, du point de vue de l’efficacité.

Augmenter le chevauchement revient à prendre davantage de photos sur une même zone.

D’autres photos s’ajoutent :

• Durée du vol
• Nombre d’images
• Conditions de stockage
• Durée de l’alignement des photos
• Temps de traitement de la carte de profondeur
• Configuration mémoire requise
• Charge de travail liée au traitement des nuages de points

Par exemple, le fait de faire passer une mission d’un chevauchement modéré à 90 % de chevauchement frontal et 90 % de chevauchement latéral peut générer un nombre nettement plus important de photographies sans pour autant entraîner une amélioration proportionnelle du résultat final.

L’objectif devrait donc être d’obtenir une redondance géométrique suffisante sans générer de données superflues.

Frontlap, vitesse du drone et intervalle entre les photos

La distance parcourue correspond directement à la distance que le drone parcourt entre deux prises de vue.

Si le drone se déplace trop rapidement par rapport à l’intervalle de prise de vue sélectionné, le chevauchement vers l’avant diminue.

Sur le plan conceptuel, cette relation peut être appréhendée comme suit :

Vitesse plus élevée + même intervalle entre les prises de vue = temps au tour plus court

Vitesse réduite + même intervalle entre les prises de vue = temps au tour plus élevé

Les logiciels de planification de mission calculent généralement automatiquement l’espacement requis entre les clichés en fonction de l’altitude de vol, de la zone de couverture de la caméra et du chevauchement sélectionné.

Toutefois, l’appareil photo doit être physiquement capable de prendre des photos à l’intervalle requis.

Chevauchement et flou de mouvement

Augmenter la cadence de prise de vue en forçant l’appareil photo à prendre des photos à une vitesse extrêmement élevée ne sert à rien si les images obtenues sont floues.

Des photographies nettes sont indispensables pour une détection précise des caractéristiques.

Si les conditions d’éclairage sont mauvaises, il peut être préférable de réduire la vitesse du drone plutôt que d’utiliser des vitesses d’obturation plus lentes, qui entraînent un flou de mouvement.

Un ensemble de données contenant un nombre réduit de photographies nettes avec un chevauchement correct est généralement plus utile que des milliers d’images floues.

Chevauchement et distance d’échantillonnage au sol

Le chevauchement et la distance d’échantillonnage au sol (GSD) doivent être planifiés conjointement.

Voler à une altitude plus basse réduit le GSD et permet d’obtenir des images plus détaillées, mais cela réduit également la superficie couverte par chaque photographie.

Si l’espacement des lignes de vol et l’intervalle entre les prises de vue ne sont pas ajustés en conséquence, le chevauchement variera.

C’est pourquoi la planification de vol photogrammétrique doit tenir compte des éléments suivants :

• Dimensions du capteur de l’appareil photo
• Distance focale
• Hauteur de vol
• GSD cible
• Chevauchement vers l’avant
• Recouvrement latéral
• Vitesse du drone

Ces paramètres sont étroitement liés.

Chevauchement sur un terrain accidenté

Les terrains montagneux, les carrières et les excavations peuvent poser un autre problème.

Un vol prévu à une altitude fixe par rapport au point de décollage ne permet pas de maintenir une distance constante par rapport au sol.

À mesure que le relief s’abaisse, la zone de couverture de l’image s’élargit. À mesure que le relief s’élève vers l’appareil, cette zone se rétrécit.

Cela signifie que la GSD effective et le chevauchement peuvent varier au cours de la mission.

La planification de vol avec suivi du terrain peut contribuer à maintenir une distance plus constante entre la caméra et le sol, et donc à obtenir une résolution au sol (GSD) et un chevauchement plus prévisibles.

Le meilleur chevauchement d’images pour les chantiers de construction

Les chantiers de construction présentent souvent une géométrie complexe et de fréquents dénivelés.

Une approche pratique consiste à utiliser approximativement :

• 80 à 85 % du tour de tête
• 70 à 80 % de recouvrement latéral

Des images obliques supplémentaires peuvent s’avérer utiles lorsqu’il est nécessaire de procéder à une reconstruction précise des façades, des murs de soutènement, des parois d’excavation et des structures verticales.

Une grille nadirale pure peut permettre d’obtenir une orthomosaïque d’excellente qualité tout en ne parvenant pas à reconstituer correctement les surfaces verticales.

Meilleur chevauchement pour les carrières et les mines

Les carrières présentent des parois abruptes, des terrasses et d’importants dénivelés.

Un chevauchement plus important que celui d’un levé de base sur terrain plat s’avère souvent avantageux.

Une plage de départ utile est la suivante :

• 80 à 85 % du temps de référence
• 70 à 80 % de chevauchement latéral

Les photographies obliques peuvent améliorer la reconstruction des fronts de taille difficilement visibles sur les images nadirales verticales.

Meilleur chevauchement pour la végétation

La végétation fait partie des surfaces les plus difficiles à traiter en photogrammétrie.

Les feuilles et les branches peuvent bouger d’une photo à l’autre sous l’effet du vent, tandis que de vastes zones de végétation peuvent présenter des textures répétitives.

L’augmentation de la redondance des images peut contribuer à multiplier les chances de réussite de la correspondance des caractéristiques.

Pour les terrains difficiles recouverts de végétation, un chevauchement avant d’environ 85 à 90 % et un chevauchement latéral d’environ 75 à 85 % peuvent être considérés comme un point de départ pratique, en fonction de l’altitude de vol et des exigences du projet.

Grille simple ou grille double

Un vol de cartographie normale suit généralement des lignes parallèles dans une seule direction.

Une mission à double grille ajoute un autre ensemble de lignes de vol, qui croisent généralement la première grille de manière approximativement perpendiculaire à celle-ci.

Cela permet d’obtenir des photographies prises depuis des positions supplémentaires de l’appareil photo et de renforcer la géométrie du bloc photogrammétrique.

Les missions à double grille peuvent s’avérer utiles pour :

• Chantiers de construction
• Bâtiments
• Sites industriels complexes
• Zones urbaines
• Projets nécessitant un étalonnage minutieux de la caméra

L’inconvénient est que le nombre de photos et la durée du vol augmentent considérablement.

Images nadirales et obliques

Le pourcentage de chevauchement ne garantit pas à lui seul une bonne reconstruction 3D.

Si toutes les photos sont prises à la verticale, les murs verticaux peuvent ne pas être correctement capturés, même avec un chevauchement très important.

Pour les scènes 3D complexes, associez des photographies nadirales à des images obliques prises sous différents angles.

Cela améliore la visibilité des façades et des surfaces verticales, tout en renforçant la géométrie de la caméra.

Pour un bâtiment, un pont ou un ouvrage industriel, l’angle de vision de l’image peut donc être tout aussi important que le pourcentage de chevauchement.

Que se passe-t-il si le chevauchement est trop faible ?

Un chevauchement insuffisant peut entraîner :

• Caméras non alignées
• Composants distincts de l’appareil photo
• Faible nombre de points d’ancrage
• Trous dans le nuage de points
• Modèles numériques de relief (MNR) incomplets
• Lacunes dans l’orthomosaïque
• Étalonnage instable de la caméra
• Déformation locale

Malheureusement, il n’est pas vraiment possible de corriger les chevauchements une fois l’enquête terminée.

Si certaines parties importantes du site n’ont pas été filmées depuis un nombre suffisant de positions de caméra, la solution la plus fiable pourrait être de refaire le vol.

Il vaut généralement mieux avoir davantage d’images que de manquer des images

Lorsque vous devez choisir entre une couverture photographique légèrement excessive et une couverture insuffisante, il est généralement plus prudent de prendre des photos supplémentaires.

Les images supplémentaires peuvent être exclues ultérieurement du traitement si elles ne sont pas nécessaires.

Les points de vue manquants ne peuvent toutefois pas être recréés une fois que le drone a quitté les lieux.

Cela revêt une importance particulière pour les levés effectués dans des zones reculées ou coûteux, où il peut s’avérer difficile de répéter la mission.

Comment vérifier le chevauchement des images dans Metashape

Une fois le jeu de données traité, veuillez générer un rapport de projet à l’aide de :

Fichier > Générer un rapport…

Ce rapport contient un schéma indiquant l’emplacement des caméras ainsi que des informations sur le chevauchement des images, qui peuvent vous aider à identifier les zones pour lesquelles le nombre de photos est insuffisant.

Les zones présentant un recouvrement moins important méritent une attention particulière lors de l’évaluation de la qualité de l’alignement, de l’exhaustivité du MNT et de la fiabilité de l’orthomosaïque obtenue.

Comment planifier le chevauchement des images pour Metashape

Voici un exemple de procédure pratique :

1. Définissez les livrables requis.
2. Choisissez la distance d’échantillonnage au sol souhaitée.
3. Déterminez l’altitude de vol requise.
4. Pour la cartographie aérienne standard, prévoyez au moins environ 80 % de chevauchement frontal et 60 % de chevauchement latéral.
5. Augmentez le chevauchement en cas de relief complexe ou de structures complexes.
6. Utilisez le suivi du relief lorsque le dénivelé varie considérablement.
7. Ajoutez des images en quadrillage croisé ou obliques lorsque la géométrie 3D est importante.
8. Vérifiez que la vitesse du drone et l’intervalle entre les prises de vue permettent de maintenir le chevauchement sélectionné.
9. Prenez des photos d’une grande netteté.
10. Dans la mesure du possible, validez l’ensemble de données dans Metashape avant de quitter la zone de relevé.

Recommandations finales

En matière de photogrammétrie générale par drone traitée dans Agisoft Metashape, un chevauchement frontal de 80 % et un chevauchement latéral de 60 % doivent être considérés comme une référence plutôt que comme un objectif ambitieux.

Pour les sites complexes, le fait d’augmenter la couverture à environ 80 à 85 % pour le chevauchement frontal et à 70 à 80 % pour le chevauchement latéral peut offrir une plus grande redondance de reconstruction.

Les surfaces difficiles, la végétation et les structures complexes peuvent nécessiter une couverture encore plus étendue, des trajectoires de vol supplémentaires ou des prises de vue obliques.

Surtout, n’oubliez pas que le chevauchement ne constitue qu’un élément parmi d’autres d’une bonne acquisition photogrammétrique.

C’est en combinant les éléments suivants que l’on obtient les meilleurs résultats :

• Chevauchement frontal et latéral approprié
• GSD correct
• Des photos nettes
• Une géométrie de caméra robuste
• RTK, PPK ou points de contrôle au sol de haute précision
• Points de contrôle indépendants
• Traitement correct de Metashape

Prendre quelques minutes avant le vol pour prévoir un chevauchement suffisant des images peut vous éviter de passer des heures plus tard à résoudre les problèmes liés à un projet Metashape incomplet ou instable.

Foire aux questions

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

Pour les levés aériens généraux, Agisoft recommande, à titre indicatif, un chevauchement avant d’environ 80 % et un chevauchement latéral d’au moins 60 %.

Quelle est la différence entre un « frontlap » et un « sidelap » ?

Le « frontlap » correspond au chevauchement entre des images consécutives prises le long d’une même ligne de vol. Le « sidelap » correspond au chevauchement entre des images prises sur des lignes de vol voisines.

Un chevauchement de 70 % est-il suffisant pour la photogrammétrie par drone ?

Cela dépend si vous faites référence au chevauchement vers l’avant ou latéral, ainsi que du projet concerné. Pour les levés aériens Metashape, les valeurs de référence recommandées par Agisoft sont plus élevées pour le chevauchement vers l’avant : environ 80 % vers l’avant et au moins 60 % latéralement.

Un chevauchement de 80/80 est-il préférable à un chevauchement de 80/60 ?

Un chevauchement latéral plus important offre une redondance supplémentaire et peut faciliter la réalisation de projets complexes, mais il augmente également le nombre de clichés, la durée de vol et les besoins en traitement. Il convient de l’utiliser lorsque la géométrie du projet justifie ces données supplémentaires.

Quel taux de chevauchement dois-je utiliser pour la cartographie des chantiers ?

Une fourchette de départ pratique et utile pour les chantiers de construction peut être comprise entre environ 80 et 85 % pour le chevauchement frontal et entre 70 et 80 % pour le chevauchement latéral, en particulier lorsque le chantier comporte des ouvrages, des fronts de fouille et des dénivelés importants.

Faut-il augmenter le chevauchement pour la végétation ?

C’est souvent le cas. La végétation peut être difficile à faire correspondre en raison de ses mouvements et de la répétitivité de sa texture. Une redondance accrue des images peut améliorer la fiabilité de la reconstruction.

Un chevauchement important garantit-il une photogrammétrie précise ?

Non. Un chevauchement important contribue à assurer une forte redondance des images, mais la précision dépend également de la résolution au sol (GSD), de la netteté des images, de la géométrie de la caméra, de l’étalonnage et du géoréférencement.

Puis-je corriger un faible chevauchement dans Metashape ?

Les paramètres de traitement ne permettent pas de créer des points de vue qui n’ont jamais été capturés. Si un chevauchement insuffisant entraîne une reconstruction incomplète ou instable, il peut s’avérer nécessaire de répéter le relevé.