ULM - HOP-WIC & Nikon D3200 - Photos verticales - Essais de paramètres en 4 tableaux - Présentation sur trajectographie 3D GOOGLE EARTH
Préparation de mission - focale, GSD, base, vitesse sol GPS, cadence photos - en fonction de 3 contraintes:
GSD souhaitée, vitesse sol, survol hauteur AGL minimum (carte aéronautique OACI au 1/500 000).

 

Le Nikon D3200 est orienté "paysage" dans "HOP-WIC" (Hung Optic Pod - Wireless Intervallometer Command): l'axe Y (hauteur paysage) correspond à l'axe du déplacement de l'ULM.

Suspension
HOP vu de dessus
Nikon D3200 et récepteur intervallomètre Hähnel suspendus par 4 sandows dans cône de signalisation

KOP
Hélico ULM "Kompress" - HOP vu du côté droit
Montage possible sur "Ranabot" (version côte à côte du "Kompress") en enlevant le déflecteur en fibre de carbone du radiateur
Photos verticales ou obliques par réglage "assiette" du pod (inclinaison relative des 2 "ponts" porteurs du pod)

Il est télécommandable:
- cas 1 - photos verticales "terrain 3D" avec intervallomètre Hänel; 2,5Ghz;


Vue de la "Sorbonne nouvelle" en "live view" sur écran "iPhone 6" en liaison WiFi avec Nikon D3200 équipé du "WU-1a" et orienté "paysage" vers la façade de la "Sorbonne nouvelle"

- cas 2 - photos verticales ou obliques en "live view" avec "iPhone 6" et "WU1-a"; WiFi.

Il doit être préréglé selon l'utilisation (cas 1 ou cas 2):
- automatique avec priorité S (vitesse); autofocus A, réduction de vibration VR ON; vitesse 1/2500;
- Menu VISUALISATION: rotation images OFF;
- Menu PRISE DE VUE: picture control SD, quality FINE, taille image M (Largeur 4512p x Hauteur 3000p; 13,5MO), White Balance AUTO, Sensibilité ISO 400, Contrôle sensibilité automatique ON, Mode mise au point AF-A, Mode zone AF Automatique, Mesure MATRICIELLE, Mode déclenchement: cas 1: CONTINU (2 vues par seconde avec stockage en mémoire tampon puis transfert sur carte SD; avec 30 intervalles à cadence 1s, décalage HH:MM:SS photo de +30s par rapport à HH:MM:SS point GPS ); cas 2: VUE par VUE (1 vue par seconde);
- Menu CONFIGURATION: rotation automatique images OFF.

Les 4 tableaux ci-dessous ont été faits à partir du Bulletin Officiel des Finances Publiques-Impôts sur les "missions aérophotographiques" pour le cadastre.

Ils indiquent pour 5 échelle prédéterminées Ec:
1 - les tailles Ps du pixel sol en cm ou GSD (Ground Sampled Distance) en cm/pixel possibles qui correspondent au pixel Pc capteur (CMOS de 23,2 x 15,4mm) utilisé sur le D3200 dont la taille exacte est absente du manuel d'utilisation car jugée confidentielle par Nikon (courriel 08/05/2015);
2 - les focales utilisables par hauteur AGL avec Ps (GSD);
3 - les recouvrements et emprises théoriques photo au sol pour la distance choisie entre 2 photos (base);
4 - les vitesses sol à afficher pour la base choisie; le réglage intervallomètre (cadence photo, nombre d'intervalles) pour une longueur donnée de bande photo.

 

1 - Tableau 1 - Mesure (F 70mm, H. AGL 300m) taille Pixel capteur Pc sur une "croix" de 28m au sol et calcul taille Pixel sol Ps ou GSD par Ec

Pc = pas 4 photosites (carré vert-vert-rouge-bleu) en x , en y

Le manuel d'utilisation du Nikon D3200 indique "capteur CMOS 23,2 x 15,4mm" mais ne donne pas la taille Pc du pixel du capteur APS-C utilisé (4 photosites).
Son pas peut être estimé (axe X ou axe Y): Pc = dimension (mm) capteur en Y / taille image M (pixel) en hauteur = 15,4 mm / 3000 = 5,1µ
A titre de comparaison, pour le Nikon D750 avec la même taille image M: Pc = dimension (mm) capteur en Y / taille image M (pixel) en hauteur = 24 mm / 3008 = 7,9µ

Pour confirmation, ce pas Pc a été mesuré en faisant une photo verticale (focale 70mm, 300m AGL) d'une croix matérialisée par 5 anneaux blancs de 7cm de diamètre espacés de 14m (carré de 28m de côté) sur un champ venant d'être labouré.
Pour information, le site "www.lesnumeriques.com/taille-des-capteurs-photo-article-790.html" donne pour un capteur APS 14 Mpx, une taille Pc de 5µ

Échelle de prise de vue:
1 / Ec = Focale F / Hauteur AGL = taille Pixel capteur Pc / taille au sol Ps

Échelle sur photo:
1 / Ep = mesure "croix" sur Photo (gratuiciel Paint) / mesure sol (28m)

Tableau 01
Tableau 1

Taille du pixel capteur Pc:
- estimé = 5,1µ
- mesuré = 4,9µ
- moyenne =

A titre de comparaison, l'acuité visuelle de l'oeil ou angle minimum de résolution - voir lien MAR Minimum Angle of Resolution - est de l'ordre de 1 minute d'arc - soit 3cm à 100m - ce qui correspond à un espacement de entre deux points sur le plan rétinien.

La taille du pixel sol Ps ou Ground Sampled Distance (GSD), constante pour une Ec donnée - 4000, GSD de 2cm par pixel - donne une indication sur la résolution photo prévisible au sol à cette échelle.
Pour plus de détails sur l'utilisation de GSD, voir lien vers document PDF (18 Mai 2012) - Requirements to image quality - sur les critères d'analyse de la qualité d'une image rassemblés par DLR, l'organisme allemand en charge de coordonner et de mettre en oeuvre les activités spatiales (équivalent du CNES).

Anneaux
24/04/2015 - Aérodrome de Champ Cadet - Complément EXIF DSC0083.jpg à 11h 56mn 43s : F/7.1, ISO 400
Zoom 40% sur 2 des 9 anneaux blancs de 7cm de diamètre, disposés en croix et espacés de 14m sur les sillons d'un champ venant d'être labouré.
A 300m AGL, une tache blanche permet d'identifier un anneau blanc.
Les 2 taches blanches ont été entourées d'un rond rouge sur la photo avant de tracer un quadrillage au pas de 14m pour faire des mesures.
Kompress: hauteur AGL 300m, altitude QNH 1690ft, vitesse sol GPS 63kt (72mph)

ZoomAnneau
Ec 4000 Ps 2cm - F 70mm H.AGL 300m
Haut gauche image ci-dessus
Zoom 100% sur anneau de couleur blanche et de 7 cm de large (en bas à droite) enfilé sur bâton de couleur brune (ombre visible vers la G.)

A l'échelle Ec 4000 et GSD 2cm par pixel, un anneau blanc de 7cm de large (diamètre section 1cm) posé au sol est théoriquement visible dans un carré de 4 pixels x 4 pixels sur une photo; le zoom sur la photo faite jusqu'au niveau du pixel confirme cette estimation.
La valeur mesurée du Ps correspond donc bien à la dimension de l'anneau.
L'évidement de l'anneau devrait apparaître avec Ec 2000 soit Ps 1cm. L'arrondi sera très pixellisé; il le sera 2 fois moins avec Ec 1000 et Ps 0,5cm soit GSD 0,5cm par pixel.

ESSAIS FUTURS - Vue par vue en "live view" sur "iPhone 6" - Pour tenir compte de l'acuité visuelle de l'oeil de l'observateur (3cm à 100m), quelques photos verticales seront faites avec Ec 1000 (Ps 5mm) et F 50mm à H.AGL 50m.
Elles feront parties d'un groupe de photos à F 50mm avec élévation progressive H.AGL de 50m en 50m pour faire passer Ec de 1000 à 5000 afin de visualiser la perte de résolution (anneaux, plaque immatriculation voiture).

 

2 - Tableau 2 - Focale / Hauteur survol par Ec

Ec à choisir en fonction:
- Taille pixel sol Ps souhaitée;
- Hauteur AGL possible en cas de survol agglomération.

Tableau 01
Tableau 2

Le D3200 est installé en pod; seul son déclenchement peut être commandé à distance (WiFi:Wu1-a ou 2.5Ghz: intervallomètre Hähnel); la même focale est donc utilisée pendant toute la prise de vue.

 

3 - Tableau 3 – Base et emprise sol par Ec

=> Dimensions (longitudinale, latérale) capteur au sol et choix de la base (distance entre 2 photos);
=> Recouvrements (longitudinal, latéral), écart entre bandes et nombre de bandes photos;
=> Emprise théorique photo au sol: Hauteur et largeur photo au sol utilisable pour des mesures.

Tableau 03
Tableau 3

La taille de stockage image choisie est M: Hauteur 3000p x Largeur 4512p. Avec une focale F 70mm et une hauteur H. AGL 300m, soit une Ec de 4286 et un GSD de 2,14cm par pixel, l'emprise au sol de la photo est:
- Hauteur 3000p x 2,14 / 100 = 64m
- Largeur 4512p x 2,14 / 100 = 97m
Toute la "croix" de 28m rentre donc bien sur l'emprise sol prévue.

ESSAIS FUTURS - Vue par vue en "live view" sur "iPhone 6" - Les photos verticales à faire avec Ec 1000 (Ps 5mm) et F 50mm à H.AGL 50m, auront une emprise sol de 15 x 23m; elles ne pourront contenir au mieux que 3 des 5 anneaux constituant la "croix" de 28m (anneaux espacés de 14m).

 

4 - Tableau 4 – Vitesse sol, longueur de bande , cadence, nombre d'intervalles et de photos par Ec

La longueur choisie pour la base (distance entre 2 photos) et les 2 images par seconde du déclenchement en continu du D3200 permettent de calculer la vitesse sol à afficher au GPS.
Sur l'intervallomètre, la cadence est toujours réglée à 1 seconde et le nombre d'intervalles à programmer est majoré de 20 à 30 pour tenir compte du déclenchement qui se fait à vue et est rarement fait juste en début de bande, compte tenu de l'altitude d'observation.

Tableau 04
Tableau 4

 

NOTA BENE

1 - Références
a) Temps: mettre à l'heure l'appareil photo à partir de la fonction réveil du GPS "trajecto" pour synchroniser espace-temps le système HOP-WIC-GPS à la seconde près; en mode continu, avec 30 intervalles à cadence 1s, mémoire tampon retarde stockage sur carte SD; décalage HH:MM:SS photo de +30s par rapport à HH:MM:SS point GPS.
b) Verticale: sur dépouillement 6 photos verticales / point GPS,
--- TANGAGE: décentrement en Y de + ou - 15m à 450m sol (3% hauteur AGL); réglage au sol assiette couvercle via les 2 ponts de suspension de HOP correct avec angle 10°;

Inclinaison
Hélicoptère (vue arrière) - "Couple inclinaison" en palier à vitesse constante

--- ROULIS: décentrement en X de 15m toujours à droite (3% hauteur AGL); correspond au roulis à G constant d'un hélico. volant en palier à vitesse constante - "couple d'inclinaison" causé par forces appliquées au centre de gravité (palonnier, "F rotor anti-couple") et au centre de poussée (manche, composante "F contre" de la "Ra") -; mise à niveau sur table horizontale des axes X et Y écran LCD appareil photo dans HOP via sandows; calage-amortissement latéral appareil par 2 feuilles papier bulle roulé.
c) Satellites: mettre GPS "trajecto" (format NMEA 183 = "trous" visibles) sur haut tableau de bord pour assurer réception optimun afin d'avoir un enregistrement sans "trous" des points "photo" à la cadence de 1 seconde; le géo-référencement "lat-lon" de toutes les photos pourra alors se faire au dépouillement à partir de HH:MM:SS .

2 - Paramètres de vol
Pour "tenir" les paramètres vitesse et altitude, le pilote a intérêt à déterminer le vent (axe, vitesse) lorsqu'il est arrivé à la hauteur AGL prévue puis à prendre l'axe du vent (de face, arrière); il peut alors s'aligner de manière stable (GPS, points de repère éloigné) avant le déclenchement de l'intervallomètre pour la prise de vue.

3 - Logiciel "PhotoScan"
"L'alignement" des photos ne se fait pas ou "le nuage de points" apparaît sur des plans différents si les paramètres de vol choisis (Hauteur AGL, vitesse sol) ne sont pas respectés.

4 - Vitesse minimum de l'hélicoptère ULM "Kompress"
a) Génération de terrain 3D : les vitesses sol entre 18 et 36mph, à Ec 1000 et 2000 (Tableau 4) ne peuvent être tenues avec du vent, de façon stable, sur axe.
b) Photos verticales : la vision en temps réel de ce que voit l'objectif du Nikon, via "iPhone 6" dans le cockpit relié en WiFi au "Wu1-a" sur le Nikon dans le pod, permet à basse vitesse ou en quasi stationnaire, un cadrage précis qui donne de bonnes photos.

5 - Trajectographie 3D GOOGLE EARTH
La trajectographie GPS faite en vol, par exemple sur un enregistreur AMOD (format NMEA; vérification passage de portes en compétition planeur et ULM), permet la présentation, sous une taille réduite, de la photo verticale prise sur un point de la trajectoire, identifié en 3D par une punaise jaune: voir les photos réduites sur les points de prise de vue - Fauteuil, Tracteur, Autogire, Anneaux - via le lien vers GOOGLE EARTH.
Zoomer et centrer approximativement les 4 punaises jaunes correspondant aux 4 photos verticales: Fauteuil, Tracteur, Autogire, Anneaux.
Se mettre en vue oblique.
Cliquer sur la punaise désirée pour faire apparaître une vignette et y lire les paramètres
- "reconnaissance" (objet photo);
- "vol" (ULM: longitude, latitude, altitude, vitesse sol, cap, HH:MM:SS);
puis sur LIEN PHOTO pour visualiser la photo réduite.

6 - Choix Taille image (Medium, Large), Nikon (D3200, D750) en fonction GSD (cm/pixel) souhaité

GSD
Tableau comparatif GSD

7 - Choix GSD (cm/pixel) ou Ps (cm) en fonction dimension du plus petit détail à identifier
Exemple:
Identifier au sol un anneau blanc ∅ 7cm avec section ∅ 1cm
Plus petit détail = 1cm
Ps ou GSD = 1/2 dimension plus petit détail
Ps = 5mm ou GSD = 0,5cm/pixel ce qui impose de travailler avec Nikon D3200 à Ec = 1000 et une taille image M

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PS: Merci de donner remarques, idées ou le bonjour encliquant ci-dessous:

christian.degastines@orange.fr

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