Organisé en deux parties, ce cours présente les bases théoriques et pratiques des systèmes d’information géographique. - Il propose une introduction aux systèmes d’information géographique qui ne requiert pas de connaissances préalables en informatique - Il donne la possibilité d’acquérir rapidement les notions de base qui vous permettent de créer des bases de données spatiales et de fabriquer des cartes géographiques - Il s’agit d’un cours pratique qui repose sur l’utilisation de logiciels libres, notamment QGIS En somme, si vos études ou votre profession comprennent des activités liées à la gestion de territoires, à l’analyse d’objets distribués dans l’espace géographique (aménagement du territoire, biologie, santé publique, écologie, énergie, etc.), ce cours est fait pour vous! En suivant cette première partie du cours, vous explorerez les principes de base de la numérisation du territoire et du stockage des géodonnées. Vous apprendrez notamment à : - Caractériser des objets et/ou phénomènes spatiaux (modélisation du territoire) du point de vue de leur positionnement dans l’espace (systèmes de coordonnées et projections, relations spatiales) et en fonction de leur nature intrinsèque (mode objet ou vecteur vs. mode image ou raster), - Utiliser les diverses méthodes d’acquisition de données (mesure directe, géoréférencement d’images, digitalisation, source de données existantes, etc.) - Utiliser les divers modes de stockage des géodonnées – Fichiers simples et/ou bases de données relationnelles - Utiliser des outils de modélisation des données pour décrire et implémenter une base de données - Créer des requêtes dans le langage d’interrogation et de manipulation des données La seconde partie du cours portera sur les méthodes d'analyse spatiale et les techniques de représentation des géo-données. Vous apprendrez notamment à: - Analyser les propriétés spatiales de variables discrètes, par exemple en quantifiant l’autocorrélation spatiale - Travailler avec les variables continues (échantillonnage, construction de courbes d’isovaleurs, méthodes d’interpolation) - Utiliser les modèles numériques d'altitude et leurs dérivées (pente, orientation, etc.) - Utiliser les techniques de superposition de géodonnées et d'interaction entre elles - Produire des documents cartographiques selon les règles de la sémiologie graphique - Explorer d’autres formes de représentation spatiale (cartographie interactive sur internet, représentations 3D, etc.) La page https://www.facebook.com/moocsig fournit un forum interactif pour les participants à ce cours.
Géoréférencement d'images
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En provenance du cours de École Polytechnique Fédérale de Lausanne
Systèmes d’Information Géographique - Partie 1
124 notes
À partir de la leçon
Numérisation - Saisie et documentation des géodonnées
L’acquisition de données numériques fait appel à diverses techniques allant de la mesure directe pour les données primaires, à la vectorisation semi-automatisée d’objets spatiaux, en passant par le positionnement (ou géoréférencement) d’images numériques et la digitalisation d’objets. La semaine démarre par un cours portant sur les métadonnées, soit le processus et les règles de documentation d’un jeu de données, processus qui est essentiel à la pérennisation des données, et comprend, en guise d’intermède, un cas d’étude portant sur des SIG participatifs aux Sénégal et aux Seychelles.
Rencontrer les enseignants
Stéphane Joost
Laboratoire de systèmes d'information géographique
Marc Soutter
Laboratoire de Systèmes d'Information Géographique
Fernand Koffi KouaméProfesseur
Centre Universitaire de Recherche et d'Application en Télédétection (CURAT) - Université Félix HOUPHOUET-BOIGNY d'Abidjan-Cocody (Côte d'Ivoire)
Amadou Sall
Département de Géomatique - Centre de Suivi Ecologique (CSE), Sénégal
[MUSIQUE]
[MUSIQUE]
[MUSIQUE]
Bienvenue à cette leçon qui va porter sur le géoréférencement des images.
Les images et les rasters doivent en effet être positionnés au bon endroit dans un
système d'informations géographiques, pour pouvoir être utilisés correctement.
L'objectif de cette leçon est de vous familiariser avec
les principes et la pratique du géoréférencement d'images.
Si bien qu'à son terme, vous soyez capables de géoréférencer une image
ou de manipuler les paramètres de géoréférencement de ces images.
Durant la leçon, nous allons aborder successivement la problématique du
géoréférencement, de manière, une brève description de cette problématique,
la méthodologie utilisée pour géoréférencer une image.
Un exemple d'application.
Comment est-ce que l'on fait un géoréférencement avec le logiciel QGIS.
Et finalement, comment stocker, comment enregistrer les paramètres
caractéristiques d'un géoréférencement.
[MUSIQUE] Commençons par la problématique,
qui est celle d'une image héritée de source externe.
Par exemple, une ancienne carte scannée ou une photographie aérienne dont a perdu les
coordonnées de références.
Donc, une image quelconque dépourvue de références spatiales
que l'on souhaite intégrer à un système d'informations géographiques.
Et pour cela, il faut pouvoir la placer au bon endroit.
Donc, reconstituer le système de références spatiales correspondant.
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] L'opération s'effectue en deux étapes.
Dans un premier temps, on va identifier une série de points communs à l'image
et à une carte de référence sur laquelle cette image doit venir s'intégrer.
Et dans un deuxième temps, on va modifier, transformer l'image, la déplacer,
la tourner, changer son échelle, pour l'ajuster en fait à la carte de référence.
Il faut au moins trois points de contrôle, si possible plus.
Des points qui soient faciles à identifier,
aussi bien sur la carte que dans l'image de départ.
Et ces points doivent être si possible bien répartis sur l'ensemble de la zone
à géoréférencer.
De sorte que la déformation de l'image soit à peu près,
soit bien répartie, disons.
Et qu'il n'y ait pas de singularités.
Cette transformation géométrique est composée d'une translation,
d'une mise à l'échelle et d'une rotation.
L'ensemble de ces opérations caractérisant une transformation de Helmert
ou une transformation affine.
Il existe d'autres types de transformations possibles.
En particulier, les transformations polynomiales de premier,
second ou troisième ordre.
L'utilisation de spleen ou de projection.
Toutes ces approches sont un peu moins fréquentes.
Elles sont surtout utiles lorsque la carte de départ n'est pas très régulière.
Et que la déformation doit pouvoir tenir
compte de certaines particularités locales.
Permettre des ajustements très très spécifiques.
La plupart du temps toutefois, on va utiliser une transformation de Helmert.
Qui dit changement d'échelle et rotation dit également nouvelle
grille pour laquelle il faut évaluer la valeur de chaque pixel.
Donc, rééchantillonner en fait la grille de départ.
Ce rééchantillonnage peut utiliser l'approche du plus proche voisin où on
prend simplement la valeur de la cellule de la carte originale la plus proche.
Le rééchantillonnage par la méthode du plus proche voisin
est celle qui respecte le mieux l'image d'origine,
donc qui va le moins atténuer les contrastes de l'image d'origine.
L'approche bilinéaire, bicubique est parfois utile si le déplacement,
le changement d'échelle ou la rotation sont importants.
Et que l'image serait en fait, deviendrait peu lisible à cause de la transformation.
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Voyons maintenant
un exemple concret de comment se pratique un géoréférencement avec le logiciel QGIS.
Dans QGIS, on va ouvrir l'outil de géoréférencement.
Et dans cet outil, importer l'image à géoréférencer, en l'occurrence,
une vieille carte de Mahé.
On nous demande de préciser le système de référence, le système de projection de
référence qui doit être le même que le système de projection de la carte.
Et ensuite, on va ajouter les points de contrôle.
Un premier point sur la Pointe Matoopa à l'ouest de Mahé.
Puis, un second point au nord-est sur la Pointe Machabée.
[AUDIO_VIDE]
Un troisième point à proximité de l'aéroport.
Un quatrième point tout au sud de l'île.
[AUDIO_VIDE] Et
un dernier point au sud-ouest, à la Pointe Lazare.
Lorsque l'on lance l'opération de géoréférencement,
un système nous demande de préciser les paramètres de cette transformation.
On choisit en l'occurrence, parmi les types de transformations,
la transformation de Helmert.
Un rééchantillonnage par le plus proche voisin.
Et puis, on précise le fichier de sortie.
Donc, un fichier image TIFF qui
aura simplement le nom du fichier de départ, plus le mot-clé georef.
Il faut préciser aussi le système de projection en sortie.
En l'occurrence, on a travaillé avec le Web Mercator.
Aussi bien que pour la carte de départ que pour la carte importée,
la carte résultante.
On lance l'opération et avant de fermer, on nous demande encore de sauver les
points d'ajustements, les points de contrôles qui ont été définis.
Et on voit que cette carte a été ajoutée en fait
au système d'informations géographiques.
On peut modifier dans les propriétés sa transparence, pour constater
qu'effectivement, cette carte image est maintenant placée au bon endroit.
Et en passant en revue les différents points de contrôle,
on peut voir que l'ajustement n'est pas de si mauvaise qualité.
Un petit peu d'approximation ici
du côté de Baie Lazare.
[MUSIQUE] [MUSIQUE]
[MUSIQUE] Voyons
maintenant encore les paramètres qui définissent
la transformation et la manière de les stocker.
Comme je l'ai dit tout à l'heure,
une transformation de Helmert est une transformation affine.
C'est-à-dire une transformation qui peut être décrite par
une combinaison linéaire des coordonnées x, y du système de départ.
Donc, chaque coordonnée du système d'arrivée, x',
y' ici, s'exprime comme une combinaison linéaire
des coordonnées de départ x et y et puis d'un terme constant.
Ce système en fait comprend six paramètres qui sont regroupés dans ce qu'on
appelle un World File, décrivant en fait le géoréférencement d'une image.
Et dans ce World File, ces paramètres se présentent dans l'ordre qui est décrit
ci-dessous, avec tout d'abord la taille du pixel selon l'axe x.
Puis, les deux paramètres de rotation autour de l'axe y et de l'axe x.
La taille du pixel selon y.
Et puis finalement, les coordonnées les termes constants, les coordonnées x,
y du centre du pixel situé en haut à gauche de l'image.
Donc, on voit bien que si on définit
la position du point en haut à gauche de l'image, la taille
des cellules de la grille et puis les éléments de rotation, on peut positionner
en fait une image précisément, dans un système d'informations géographiques.
Dans l'exemple qui est ici à droite,
lorsqu'on a des pixels carrés et pas de rotation, les termes angulaires sont nuls.
Et finalement, le calcul des coordonnées de chaque point et le
centre de chaque pixel est assez simple.
Dans le cas où la transformation comprend une composante de rotation, on voit qu'en
fait les paramètres D et B ne sont pas en fait des angles de rotation, mais
représentent les composantes selon x et y de la largeur et de la hauteur du pixel.
Et il est du coup plus juste de parler de composantes
selon x et selon y, de projections, plutôt que de termes angulaires.
Après, les calculs se compliquent encore si le
pixel n'est pas carré mais qu'il a des dimensions différentes selon y et selon x.
Ces différents paramètres peuvent être stockés dans un fichier d'accompagnement.
Le World File précisément.
Avec pour règle que le
fichier d'accompagnement a le même nom que le fichier de base.
Et une extension qui dépend du format de l'image, .tfw pour le .tif,
.jgw pour le .jpg, .pgw pour le .png, .gfw pour le .gif.
Ou alors, deuxième possibilité, stocker ces informations dans l'entête
d'un fichier image au format .tif et on parle alors de format GEOTIFF, puisqu'il
s'agit d'un seul fichier qui contient l'information de géoréférencement.
Une image qui contient intrinsèquement l'information de géoréférencement.
L'utilitaire GeoTiffExamine qui est libre d'accès, permet facilement
de vérifier si un fichier TIFF possède les informations de géoréférencement.
Et le cas échéant, de générer un World File.
Ou inversement, lorsqu'on a le World File,
de renseigner l'entête du fichier TIFF pour transformer un TIFF en GEOTIFF.
On voit par exemple que si l'on va chercher le fichier géoréférencé que l'on
vient de fabriquer et qu'on ouvre ce fichier avec cet utilitaire, on voit que
les paramètres de géoréférencement sont stockés avec le fichier lui-même.
Et on peut fabriquer le World File correspondant.
Comme dit tout à l'heure, ce World File a l'extension .tfw et si on l'ouvre avec
un logiciel texte tout simple, on retrouve les six paramètres qui caractérisent
la transformation géométrique et le positionnement de l'image.
L'extension de ce fichier, de ce World File, peut être changée en .jgw
et le nom transformé en enlevant le suffixe georef, de sorte que l'on peut
constater que l'on peut importer désormais le fichier JPEG original, en utilisant
l'information de géoréférencement qui a été générée par la suite.
Voilà, c'est tout simple.
[AUDIO_VIDE]
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Voilà,
nous arrivons au terme de cette leçon qui nous aura permis de passer en revue les
principes et la pratique du géoréférencement d'images.
Et de voir comment on peut manipuler en fait, enregistrer et manipuler
les paramètres de référencement dans des fichiers
images ou des fichiers d'accompagnement.
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