Brevet FR2645301A1 — publié le 19901005

Procédé et dispositif de tracé de cartes L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de tracé de cartes à partir d'images sources, souvent constituées par des photographies aériennes. On connait déjà des dispositifs permettant de constituer un fichier de points caractéristiques d'une carte par pointé d'un opérateur sur des photographies aériennes, reproduites sur un écran, puis interpolation automatique entre ces points : l'opérateur dispose de manettes de déplacement d'une zone d'image sur l'écran par rapport à un curseur (en coordonnées x, y), d'une manette de sélection d'altitude (coordonnée z) en cas d'établissement de cartes avec mention du relief, et d'une commande d'enregistrement des données retenues. On connaît notamment un dispositif commercialisé par la société MATRA sous la marque "TRASTER" permettant de remplir ces fonctions. L'utilisation de plus en plus fréquente de photographies prises depuis des satellites d'observation terrestre pose un probleme : les images sources obtenues sont constituées d'une matrice de pixels représentant chacun une surface importante au sol, par exemple 10 m x 10 m ; de telles dimensions sont supérieures à celles de détails tels que la largeur de chemins t à la précision souhaitable pour certains tracés, par exemple les courbes de niveau. L'invention vise à fournir un procédé permettant d'établir une carte avec une précision supérieure à la résolution de l'image source et cela sans ralentir de façon notable l'établissement de la carte. Pour cela, l'invention fait appel à la corrélation qui existe entre des pixels adjacents et notamment à la continuité de lignes à tracer, soit qu'elles représentent un élément continu (route, ruisseau, canal, rivage, etc), soit qu'elles correspondent à une caractéristique du relief présentant une certaine continuité de variation (courbe de niveau) et elle fait également appel à la possibilité d'intégration visuelle de l'opérateur humain et à sa faculté d'interprétation. L'invention propose en conséquence un procédé d'établissement de cartes par un opérateur à partir d'images sources, éventuellement stéréoscopiques, de faible résolution, constituées d'une matrice de pixels dont les coordonnées sont disponibles sous forme numérique, suivant lequel - on présente une fraction d'image source représentant une zone sur laquelle des points caractéristiques doivent être pointés, sur un écran de visualisation, - à l'aide de moyens de commande ayant un pas d'avance inférieur a la dimension d'un pixel et munis de codeurs numériques de résolution supérieure à celle de l'image source, on déplace la représentation d'un point caractéristique à indiquer sur la carte, estimé par observation visuelle avec intégration sur plusieurs pixels adjacents et de son environnement, jusqu a amener la représentation du point en coincidence avec un curseur de repérage, - et, par pointé manuel, on provoque l'enregistrement des coordonnées du point estimé sous forme d'un nombre ayant des chiffres significatifs identifiant un pixel et au moins un chiffre moins significatif correspondant à une fraction seulement de pixel. L'invention est de portée très générale. Bien qu'elle soit particulièrement avantageuse pour l'établissement de cartes à trois dimensions (ce qui implique que l'image source est double et comprend une image '!droite" et une image "gauche"), elle est également utilisable pour l'établissement de cartes a deux dimensions, comportant simplement quelques points côtés, tels que les cartes routières. Elle permet d'augmenter la définition de la carte restituée sur un support matériel de façon notable : par exemple, on a constaté qu'on peut arriver, à partir d'images obtenues par satellite avec une résolution de 10 m, a un écart type, sur la carte restituée, d'environ 6 m. On a constaté qu'en général il est avantageux de déplacer, en même temps que le point caractéristique à indiquer, un environnement représentant un lOeme environ des dimensions de l'écran (par exemple un groupe de 64 x 64 pixels situé au centre de l'écran de visualisation en cas d'affichage a 512 lignes de 640 pixels). Ce choix resulte de données physiologiques : l'opérateur ne peut avoir une vue globale que d'un tel environnement et il serait superflu de déplacer toute l'image. L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, comportant des moyens d'affichage a écran de visualisation et des moyens permettant de faire apparature sur l'écran la représentation d'une fraction sélectionnée d'image source par déplacement suivant des directions orthogonales x et y par rapport a un curseur visualisé sur l'écran, des moyens de codage numérique des coordonnées x et y, et des moyens de- pointage commandables par un utilisateur et permettant d'enregistrer les coordonnées de points significatifs, caractérisé par des moyens permettant de déplacer la représentation d'un point caractéristique et de son environnement, situés au centre de l'écran, par pas inférieurs à la dimension d'un pixel par glissement progressif, éventuellement par rapport au reste de la représentation affichée, et des moyens de codage de la position du point caractéristique avec une précision supérieure à celle de localisation des pixels. L'invention propose également de compléter le procédé d'établissement de cartes défini ci-dessus par des étapes supplémentaires de vérification par comparaison de la représentation de la carte avec la représentation d'origine, c'est-à-dire directement à partir des images sources. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est un schéma de principe montrant un poste de travail permettant de mettre en oeuvre l'invention, suivant une disposition qui est celle de l'appareil d'établissement de cartes a partir de photos aériennes commercialisé par la demanderesse sous la marque "TRASTER T10 ;; - la Figure 2 est un schéma montrant l'empla- cement, sur l'écran, d'une vignette centrale correspondant à un point caractéristique et à son environnement et le glissement de cette vignette par rapport au reste de la représentation - la Figure 3 est un schéma montrant un cheminement particulier sur une image, pour laquelle on cherche à repérer des points caractéristiques avec une précision supérieure à celle d'un pixel ; - la Figure 4 est un organigramme illustrant le fonctionnement classique d'un appareil du genre "TRASTER" ; - les Figures 5 et 6 sont des organigrammes destinés à illustrer le procédé selon l'invention. On décrira un mode d'exécution de l'invention correspondant à son implémentation sur un appareil du type commercialisé sous le nom "TRASTER T10 qui permet à un opérateur de générer ou de mettre à jour des informations géographiques et de les mémoriser sous forme numérique, à partir de l'examen sur écran d'une représentation à partir d'images ~ stéréoscopiques obtenues par deux prises de vue du terrain selon deux angles différents. On ne décrira pas ici ceux des organes constitutifs de l'appareil qui sont conservés sans modification. Le pupitre de commande de l'appareil montré en Figure 1 comporte des moyens de visualisation constitués par un moniteur de télévision 10 et des moyens permettant de sélectionner la portion d'images sources qui est représentée sur l'écran de visualisation en déplaçant cette portion suivant deux directions orthogonales x et y. Ces moyens sont fréquemment constitués par une boule 12 que l'opérateur fait rouler la main. Dans le cas, qui sera seul considéré, de restitution stéréoscopique, l'appareil permet à l'opérateur d'indiquer la hauteur z à l'aide d'un autre organe à commande manuelle, tel qu'un rouleau 14.Classiquement, on peut obtenir une représentation stéréoscopique sur l'écran en munissant l'opérateur de lunettes dont les deux verres ont des polarisations croisées, en affichant en alternance les deux images stéréoscopiques complémentaires sur le moniteur 10, a une cadence qui est généralement de 50 ou 60 Hz pour chaque oeil, pour éviter le papillottement, et en plaçant, devant le moniteur, un écran actif 16 alternativement excité et non excité pour présenter les deux polarisations nécessaires. Ainsi, l'opérateur peut déplacer l'image dans l'espace x,y,z par rapport à un curseur stéréoscopique coloré fixe 18 apparaissant au centre de l'écran, comme indiqué sur la Figure 2, à l'aide des organes 12 et 14. L'affichage des coordonnées x,y,z est traduit par le modèle mathématique stocké en mémoire de l'appareil en déplacements des images "droite" et "gauche" conduisant à superposer le point de coordonnées p, q sur une image source, p', q' sur l'autre. Le procédé décrit jusqu'ici est classique. -Il permet de remplir les fonctions indiquées sur la Figure 4 : l'opérateur vérifie que le point à enregistrer lui apparaît à l'emplacement du curseur et au même niveau (au contact de l'écran). Il provoque alors l'enregistrement du point et éventuellement ajoute des inscriptions à l'aide du clavier 20 avant de passer au point suivant. Mais, dans ce procédé classique, les déplacements en pian (suivant x et y) s'effectuent par pas égaux à la dimension d'un pixel, ce qui limite la résolution. Si par exemple le tracé réel d'un chemin sur le terrain est celui indiqué en 21 sur la Figure 3, le procédé classique laissera subsister une indétermination sur la positon réelle correspondant à la dimension d'un pixel, c'est-è-dire à la zone délimitée par les deux traits en tirets 22 sur la Figure 3. Au contraire, comme on va maintenant le montrer, l'invention permet d'arriver à une résolution plus élevée, par pointage à l'intérieur même d'un pixel, fondé sur une appréciation visuelle de l'observateur lui permettant de repérer les emplacements indiqués par des points sur la Figure 3. Pour cela, le programme de modélisation et de déplacement stocké en mémoire de l'appareil est prévu pour correspondre à l'organigramme montré en Figure 5 et les moyens de déplacement sont prévus de façon à permettre une avance suivant les directions x et y correspondant chaque fois à une fraction de dimension d'un pixel. En d'autres termes, le modèle permettant de passer des coordonnées x, y et z dans la représentation aux coordonnées p, q et p', q' dans les images sources permet d'affecter, à un point déterminé, des coordonnées sur les images de la forme p = P + q = Q + où P et Q sont des entiers (c'est-à-dire identifient un pixel) tandis que Ap et Aq sont inférieurs à 1 et permettent de fractionner un pixel.Dans-la pratique, seules des valeurs discrètes de Àp et Aq sont prévues, par exemple correspondant à huit valeurs entre O et 7/88mes. Etant donné que l'opérateur n'a une vision globale que de la partie centrale de l'écran 10, il suffit que les déplacements fractionnaires n'intéressent que l'ensemble d'une "vignette" 24 placée au centre de l'écran et correspondant par exemple à 64 x 64 pixels. Alors que la représentation d'ensemble se déplace par sauts correspondant chacun à un pixel (c'est-à-dnre à chaque changement d'une valeur entière P ou Q), la vignette centrale 24 "glisse" par rapport au reste et permet à l'opérateur de faire coïncider, sur la repr6- sentation, le point - repérer et le repère 18, en plan (coordonnées x et y) et en altitude (coordonnée z). La partie fractionnaire du déplacement est calculée par ré-échantillonnage de l'image suivant une loi d'interpolation de type classique, qui peut notamment être linéaire en x et y mais peut également être plus complexe, par exemple du type sin x/x, approximée par un polynome du troisième ordre. Là encore, une fois le repérage effectué, l'opérateur provQque la mémorisation des coordonnées x, y et z par action sur le clavier : l'organigramme global est du genre montré sur la Figure 5. Le procédé qui vient d'être décrit est avantageusement complété par un procédé de contrôle permettant de vérifier la qualité de la restitution par superposition, sur le même écran, des informations cartographiques créées par l'opérateur avec les images stéréoscopiques d'origine, cette superposition s'effectuant avec une précision supérieure à la résolution des images sources stéréoscopiques. Ce procédé complémentaire est avantageusement mis en oeuvre sur le même appareil que celui qui sert au tracé de cartes et n'implique que l'adjonction d'une carte de circuit imprimé supplémentaire, portant des circuits intégrés simples et une mémoire de programme de faible capacité. L'organigramme de base du procédé est indiqué sur la Figure 6. Le programme doit tout d'abord effectuer un grossissement des images sources stéréoscopiques de façon que la résolution de ces images atteigne la précision des informations à contrôler, provenant du tracé déjà effectué. Ce grossissement s'effectue par interpolation classique bicubique ou bilinéaire en x et y. Le grossissement ne doit cependant pas être exagéré, car il tend à dégrader la qualité de l'image. Dans la pratique, pour des images sources avec une résolution de 10 m, un grossissement compris entre 3 et 4 est généra- lement satisfaisant. Parallèlement, on transforme les informations géographiques à contrôler en graphismes superposables aux images sources droite et gauche. On affiche alors simultanément, sur l'écran 16, les images sources, toujours en vision stéréoscopique et les graphismes, pour donner à ltopérateur une vision simultanée, en superposition. L'opérateur vérifie ainsi immédiatement, en relevant les discordances, d'une part, que l'emplacement des graphismes est correct et, d'autre part, que ces indications graphiques (points côtés, relief, etc.) présentent un bon contact avec la représentation du sol provenant directement des images sources simplement agrandies, ctest-a-dire avec un effet de zoom. En cas de besoin, l'opérateur peut alors revenir au mode "tracé" pour effectuer les corrections requises avant validation. On voit que les seuls éléments supplémentaires nécessaires pour cette seconde étape du procédé sont constitués par une carte contenant un programme de transformation des informations géographiques en graphismes superposables et un programme de grossissement avec interpolation. On voit que le procédé permet d'arriver à une précision plus élevée que ceux antérieurement connus et autorise un contrôle immédiat, donc garantit une grande fiabilité. REVENDICATIONS 1. Procédé d'établissement de cartes par un opérateur à partir d'images sources, éventuellement stéréoscopiques, de faible résolution, constituées d'une matrice de pixels dont les coordonnées sont disponibles sous forme numérique, suivant lequel - on présente une fraction d'image source représentant une zone sur laquelle des points caractéristiques doivent être pointés, sur un écran de visualisation, - à l'aide de moyens de commande (12, 14) munis de codeurs numériques de résolution supérieure à celle de l'image source, on déplace la représentation d'un point caractéristique à indiquer sur la carte, estimé par observation visuelle avec intégration sur plusieurs pixels adjacents et de son environnement, jusqu'à amener la représentation du point en coincidence avec un curseur de repérage, - et, par pointé manuel, on provoque l'enre- gistrement des coordonnées du point estimé, caractérisé en ce qu'on donne aux codeurs numériques une résolution supérieure à celle de l'image source et, par ledit pointé manuel, on enregistre les coordonnées sous forme d'un nombre ayant des chiffres significatifs identifiant un pixel et au moins un chiffre moins significatif correspondant à une fraction seulement de pixel. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les images sources constituant des couples d'images stéréoscopiques, on transforme les coordonnées x, y, z affichées par les moyens de commande pour amener le point caractéristique a l'emplacement d'un curseur (18), on transforme, par un modèle mémorisé, ces coordonnées sur la représentation en coordonnées p, q sur une image stéréoscopique source et p', q r sur l'autre. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on déplace un environnement représentant un dixième environ de la fraction d'image par incréments inférieurs à la dimension du pixel alors qu'on déplace le reste de ladite fraction par pas égaux un pixel. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on contrôle la qualité de la restitution par superposition, sur le même écran, des informations cartographiques créées par l'opérateur avec les images stéréoscopiques d'origine. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on agrandit les images sources par interpolation et on les superpose sur l'écran à des graphismes obtenus par transformation des indications enregistrées lors de l'établissement de la carte. 6. Dispositif de tracé de cartes à partir d'images sources, comportant des moyens d'affichage (12, 14) à écran de visualisation (10) et des moyens permettant de faire apparaître sur l'écran la représentation d'une fraction sélectionnée d'image source par déplacement suivant des directions orthogonales x et y par rapport à un curseur (18) visualisé sur l'écran, des moyens de codage numérique des coordonnées x et y, et des moyens de pointage commandables par un utilisateur et permettant d'enregistrer les coordonnées de points significatifs, caractérisé par des moyens permettant de déplacer la représentation d'un point caractéristique et de son environnement, situés au centre de l'écran, par pas inférieurs à la dimension d'un pixel par glissement progressif, éventuellement par rapport au reste de la représentation affichée, et des moyens de codage de la position du point caractéristique avec une précision supérieure à celle de localisation des pixels.