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"Quand on veut reprendre avec utilité, et montrer à un autre qu'il se trompe, il faut observer par quel côté il envisage la chose, car elle est vraie ordinairement de ce côté-là, et lui avouer cette vérité, mais lui découvrir le côté où elle est fausse." Pascal, Pensées Br. 9, Lafuma 5.

Le géoréférencement d'image dans GvSIG

  • Auteur : Ludovic Lestrat
  • Licence : GNU Free Documentation License
  • Date de rédaction : 27 novembre 2007

Préalable

Principe du géoréférencement

Le géoréférencement s'applique à des images informatiques, appelées raster ou matrice en géomatique. Son but est d'affecter une référence spatiale, dans une projection géographique donnée, à une image qui n'en a pas.

Avant géoréférencement, une image n'a pour référentiel qu'un système de colonne et de ligne avec décompte de 0 à « n » ou « n » est le nombre de colonnes ou de lignes. On l'appelle souvent un référentiel local (illustration 1 en face).

Une fois géoréférencée, les coordonnées de l'image seront traduites dans celles d'une projection géographique. En france, on utilise soit les projections lambert zone (1 à 4 ou étendue), soit le Lambert 93. Chaque partie de l'image correspond alors à une coordonnée géographique. Un pixel (carré unitaire de l'image) couvre alors une étendue géographique et ne peut plus s'exprimer exclusivement par une paire de coordonnée comme avant le géoréférencement. Pour cela, on va utiliser le centre du pixel comme point de référence pour indiquer des coordonnées au pixel.

Illustration 2 : raster et coordonnées projetées (ici Lambert 93)

Le géoréférencement est l'étape préalable à l'utilisation d'une image dans un SIG. Elle pourra alors servir de référence pour se positionner et créer d'autres données ou la croiser avec d'autres informations.

GvSIG : où se le procurer, versions utilisées pour ce travail

GvSIG fait parti de la famille des logiciels SIG de bureau, au même titre que des logiciels propriétaires connus tels Mapinfo, ArcView, GeoConcept… Sa principale différence tient à sa licence libre (GNUGPL en l'occurence, http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html). Il est comparable à d'autres logiciels libres en géomatique tel que QuantumGIS, OpenJump, Udig, Grass et d'autres.

Pour se le procurer et avoir plus d'information sur sa genèse, explorer le site http://www.gvsig.gva.es/.

Si vous voulez plus de documentation, vous pourrez trouver plein d'informations sur les différentes sites suivants :

Cette documentation a été réalisée sur la base de la version 1.1 du 21/09/2007.

Projection : utilisation des codes EPSG

Dans gvSIG comme dans la plupart des logiciels géomatiques libres, les projection peuvent être définis selon une codification appelée EPSG (European Petroleum Survey Group http://www.epsg.org/).

L'EPSG - European Petroleum Survey Group - un groupe qui a maintenant disparu, a défini une liste des systèmes de coordonnées 
géoéréférencées et leur a associés des codes pour les identifier. Cette liste est disponible sur le site indiqué dans les liens 
ci-dessous. Ces codes sont notamment utilisés dans les standards de l'Open Geospatial Consortium.L'ensemble des éléments 
intéressant le territoire national (systèmes historiques & TOM inclus) sont en ligne sur le site de l'IGN : Registre des 
systèmes de référence internes géodésiques (RIG).

Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_de_coordonn%C3%A9es_g%C3%A9or%C3%A9f%C3%A9renc%C3%A9es

Afin de vous faciliter le travail, voici quelques-un des codes utilisés couramment en France :

  • 2154 : RGF93 Lambert 93
  • 27561 : NTF Lambert Nord France
  • 27562 : NTF Lambert Centre France
  • 27563 : NTF Lambert Sud France
  • 27564 : NTF Lambert Corse
  • 27571 : NTF Lambert zone I
  • 27572 : NTF Lambert zone II
  • 27573 : NTF Lambert zone III
  • 27574 : NTF Lambert zone IV
  • 4326 : WGS84 world geographic 2D

Pas à pas

Préparation du projet

  • lancement de gvSIG
  • création d'une nouvelle vue

Illustration 3 : Capture 1 : Création de la vue

  • ajout des données de référence :

Illustration 4 : ajout des données de référence

  • indiquer les images qui serviront de base de comparaison en précisant bien leur projection (dans l'exemple ci-dessous on est en Lambert 2 étendu, code EPSG 23030)

Illustration 5 : indiquer les images qui serviront de base de comparaison

  • Notre vue de travail est prête pour le géoréférencement

Illustration 6 : Notre vue de travail est prête pour le géoréférencement

Numérisation des images

Dans le cas où les éléments à caler sont des documents papiers, il faut bien entendu commencer par les scanner. Les caractéristiques qualitatives ne sont pas spécifiques à GvSIG (8bits gris, couleur, 300 DPI…). Par contre, il faut enregistrer les images au format TIFF, JPG, GIF ou PNG.

A titre de rappel, pour un travail de qualité, la résolution recommandée est de 300DPI pour des photos aériennes, moins pour des documents de type plan (cadastre par exemple).

Pour simplifier la suite du travail, il est fortement recommandé de les positionner avec le nord vers le haut dès cette étape.

Ajout au projet

  • On ouvre les images à géoréférencer comme on ajouterait une couche de donnée, par le bouton d'ajout de couche. Dans la fenêtre qui s'ouvre, on va utiliser un autre onglet, celui qui s'appelle « Géoréférencer ».

Illustration 7 : On ouvre les images à géoréférencer

  • Remarque : dans notre exemple, nous travaillons sur une projection Lambert 93 (code EPSG 2154 souligné en bleu). Par défaut, la projection proposée est celle de la vue. Si elle n'est pas la bonne, vous devriez commencer par bien définir la projection de votre vue. Vous ne pouvez charger qu'une image a la fois.
  • Ne pas cocher la case « Use image georefenciation ». Cliquer pour valider sur le bouton « Accepter ».

Positionnement approximatif et redimensionnement

  • Au moment de la validation du choix de l'image, on observe l'apparition des éléments suivants (entouré de rouge dans la capture écran ci-dessous)
    • dans le contrôle des couches de la vue, l'image apparaît avec un « * » devant son nom pour indiquer que l'on va travailler sur cet élément, dans la carte l'image s'est positionnée en plein milieu (ici une image en gris),
    • dans la barre d'outil, 4 nouvelles icônes sont apparues dont nous allons décrire l'utilité,
    • une nouvelle fenêtre volante appelée « Géoréférencer » s'est ouverte.

Illustration 8 : une nouvelle fenêtre volante appelée « Géoréférencer »

  • Avec l'outil « change the extension of the image to georeference » (loupe), on va essayer de redimensionner la taille de l'image au plus prêt de la référence. On attrape les bords ou les coins de l'image à caler et on tire.

Illustration 9 : Avec l'outil « change the extension of the image to georeference »

  • Ensuite, avec l'outil « déplacer l'image à géoréférencer », on se positionne au mieux par rapport au fond de référence.

Illustration 10 : on se positionne au mieux

  • A ce stade, nous en sommes à une image grossièrement calée juste par redimensionnement et positionnement approximatif :

Illustration 11 : une image grossièrement calée juste par redimensionnement et positionnement approximatif

Recherche de points remarquables

Pour affiner notre calage, on va procéder par association de points facilement et finement localisable dans l'image déjà calée et dans la nouvelle image. Voici quelques bons repères, et leurs contraintes :

  • coins des bâtiments : très efficace, mais il faut faire attention aux ombres et aux déformations sur les bords des prises de vues aériennes. Dans le cas où on essaye de caler une image sur la base d'un plan (comme le SCAN25), il faut se rappeler que la représentation sur le plan n'est pas forcément fidèle à la réalité sur le terrain,
  • intersection de route : également efficace, il faut faire attention à prendre le bord des routes et non le milieu plus difficile à exploiter. Dans le cas où on essaye de caler une image sur la base d'un plan, faire très attention car la largeur n'est pas proportionnelle à la réalité mais est lié au gabarit de la route, du coup, dans ce cas il vaut presque mieux utiliser le centre de l'intersection des routes,
  • limites de champs : marche très bien quand elles sont très marquées (par exemple entre une étendue verte et une autre labourée). Elles peuvent encore plus exploitable par la présence de haies, notamment quand on se cale sur un plan. Il faut par contre faire attention aux différences de date entre l'image cible et l'image destination. Des différences temporelles dans la saison peuvent modifier l'apparence et donc la lisibilité des contours d'un champ, des différences d'année peuvent provoquer des modifications du parcellaire par remembrement ou simplement par des pratiques agricoles qui tendent à étendre certaines parcelles.
  • Arbre isolé : à utiliser avec prudence, car qu'allez-vous utiliser : le centre de l'arbre ou un bord ? Dans les deux cas, cela donne lieu à une interprétation sur les deux cibles (source et destination). Ils peuvent s'avérer utile quand on a pas grand chose d'autre sous la main,
  • limites de parcelles boisées : parfois utilisable, mais il faut faire très attention aux effets d'ombres sur les lisières.

Ajout d'un premier point

Nous allons désormais travailler avec la fenêtre appelée « Géoréférencer ».

  • Pour commencer, essayer de repérer un premier point remarquable sur vos deux images en utilisant les outils de zoom et de déplacement. Positionner vous si possible de facon à pouvoir voir les deux dans le même niveau de zoom.
  • Cliquer alors sur le bouton « nouveau » point dans la fenêtre de contrôle :

Illustration 12 : Cliquer alors sur le bouton « nouveau » point

  • Votre curseur a changé, vous devez voir une croix noire au bout d'une flèche noire. Cliquer sur votre point de calage dans la nouvelle image. Cette action va masquer cette image. Vous pouvez maintenant cliquer sur son équivalent dans l'image calée. Vous obtenez alors l'affichage suivant :
  • le point de calage positionné sur l'image à caler apparait dans un rond rouge, avec son numéro de point de calage (1 en l'occurrence puisqu'il s'agit du premier), dans la fenêtre « géoréférencer », on peut lire ses coordonnées dans le référentiel de l'image, soit son numéro de ligne et de colonne dans l'image,

Illustration 13 : le point de calage positionné sur l'image à caler apparait

  • le point de calage correspondant dans l'image de référence apparait dans un carré bleu, avec le même numéro que son point d'appariement, dans la fenêtre « géoréférencer », on peut lire ses coordonnées dans le référentiel de la projection courante de la vue (ici nous sommes en Lambert 93),
  • on a ainsi fait un premier lien entre le référentiel de la nouvel image et le référentiel projeté de l'image de référence, néanmoins, on peut encore affiner ce positionnement grâce à l'utilisation des « minis-aperçus ».

Utilisation des mini-aperçus

Dans la fenêtre « géoréférencer », le bouton situé à droite du doigt (entouré de rouge sur la capture ci-dessous) permet de rendre visible les minis-aperçus : Illustration 14 :On voit apparaitre deux mini-aperçus

  • On voit apparaitre deux mini-aperçus :
    1. à gauche la nouvelle image à caler
    2. à droite l'image de référence
  • On peut zoomer en avant ou en arrière pour faciliter la visibilité.
  • Il est possible d'y modifier la position des points de calage « source » et « cible », simplement en cliquant dessus et le déplaçant.

Ajout des autres points, estimation de l'erreur

Pour ajouter les points suivants, nous allons suivre la même procédure que le pour le premier point :

  • on commence par repérer un point de calage, on se positionne dans la carte de façon à pouvoir facilement accéder à la paire de point sans retoucher au outils de zoom et de déplacement,

Illustration 15 : Pour ajouter les points suivants

  • on clique sur nouveau point (cf partir précédente),
  • on clique le point sur l'image à caler et sur l'image de référence,
  • la fenêtre de contrôle s'actualise, notamment la valeur d'erreur RMS et Total (encadré en rouge dans la capture ci-contre)
  • on peut aussi désormais naviguer dans les paires de points avec les boutons avance et retour.

Illustration 16 : on peut aussi désormais naviguer dans les paires de points

  • La liste des points est également accessible dans l'onglet table (Illustration 16), on peut ainsi d'un seul coup voir toutes les coordonnées des points, mais surtout le calcul d'erreur généré par chaque point, ce qui peut permettre d'en éliminer s'ils sont trop mauvais, avec l'outil « gomme ».

Finalisation

Après avoir saisi au moins trois points, un quatrième est le bienvenu, à titre de contrôle, on vérifie la valeur d'erreur totale :

  • inférieure à 1 : tout va bien,
  • entre 1 et 3, c'est correct,
  • entre 3 et 5 c'est pas terrible, essayez de faire mieux,
  • supérieure à 5, il ne faudrait pas valider.

Pour finaliser, cliquez sur le bouton « ACCEPTER ». A ce moment là, un fichier Worlfile d'extension tfw (si c'est une image TIF) ou jgw (si c'est un JPG) est généré.

L'image que vous vouliez calée est alors actualisée dans la vue et doit se superposer au mieux avec votre image de référence.

Usage de l'image dans d'autres applications

Votre image est géoréférencée pour gvSIG, mais également pour :

  • la plupart des logiciels libres en géomatique : qgis, grass, openjump, mapserver…
  • les produits ESRI ArcView 3, ArcGIS, ArcIMS… Il vous faudra sans doute repréciser la projection dans ArcGIS et calculer les pyramides,
  • Mapinfo est capable à partir du TFW de calculer un fichier TAB de calage, si vous lui précisez la bonne projection.

Licence

Ce document est sous licence «GNU Free Documentation License»

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