Qu’est-ce que la photogrammétrie ? Principe, types et usages

Qu’est-ce que la photogrammétrie

La photogrammétrie est la technique qui mesure la forme, la taille et la position des objets à partir de photographies. Quand un même point apparaît sur deux photos ou plus prises depuis des positions différentes, sa position dans l’espace se calcule par triangulation. Avec des centaines ou des milliers de photos qui se recouvrent, prises depuis un drone, un avion ou à pied, on obtient des orthophotos, des nuages de points, des modèles numériques de terrain et des modèles 3D à l’échelle réelle.

L’ASPRS (la société américaine de photogrammétrie et de télédétection) la définit comme l’art, la science et la technologie permettant d’obtenir des informations fiables sur les objets physiques et l’environnement en enregistrant, mesurant et interprétant des images photographiques. Plus concrètement : la photo cesse d’être une simple image et devient une mesure.

Contrairement au LiDAR, la photogrammétrie est une technique passive : elle n’émet rien et exploite la lumière existante. Cela la rend légère et très efficace sur les surfaces dégagées, et explique aussi ses limites, que nous verrons plus bas.

Comment fonctionne la photogrammétrie

Points homologues et triangulation

Le principe est le même que celui de la vision avec deux yeux. Un point homologue est un même détail du terrain (l’angle d’une dalle, une pierre, une marque de peinture) identifié sur plusieurs photos. Si l’on sait d’où et avec quelle orientation chaque photo a été prise, on peut tracer le rayon qui va de chaque appareil à ce détail, et le point où les rayons se croisent est sa position dans l’espace. Plus il y a de photos qui le voient, sous des angles variés, mieux il est situé.

Structure from Motion

La photogrammétrie classique devait connaître à l’avance la position de chaque photo et pointer les points à la main. La photogrammétrie actuelle utilise la Structure from Motion (SfM) : le logiciel détecte automatiquement des milliers de points caractéristiques sur chaque image, les apparie d’une photo à l’autre et résout en même temps la position des appareils, leur calibration et les coordonnées des points. L’article de Westoby et al. dans Geomorphology (2012) décrit comment cette approche a fait de la photogrammétrie un outil peu coûteux pour lever le terrain.

Pourquoi le recouvrement compte

Pour qu’il y ait des points homologues, chaque partie du terrain doit apparaître sur plusieurs photos. C’est pourquoi un vol photogrammétrique se planifie avec un recouvrement élevé : longitudinal entre photos successives d’une même bande et latéral entre bandes voisines. À titre de référence, Pix4D recommande en général au moins 75 % en longitudinal et 60 % en latéral, et 85 % et 70 % en forêt et en végétation dense, où les houppiers changent beaucoup d’une photo à l’autre.

Du relatif au réel : échelle et géoréférencement

À partir des seules photos, le modèle a la bonne forme mais ne sait ni quelle taille il fait ni où il se trouve. L’échelle et les coordonnées viennent de deux sources, généralement combinées : des points d’appui au sol (cibles levées au GNSS RTK) et la position de chaque photo enregistrée par un drone RTK ou PPK (correction GNSS en temps réel ou en post-traitement). Un jeu séparé, les points de contrôle, reste hors du calcul et sert à vérifier la précision finale.

Types de photogrammétrie

Photogrammétrie aérienne par drone

C’est la plus répandue aujourd’hui en topographie et sur les chantiers. Le drone vole un plan automatique à quelques dizaines de mètres, avec une taille de pixel de quelques centimètres, et couvre en une journée ce qui prendrait des semaines à pied : sur nos projets, jusqu’à 400 ha en une seule journée. Il permet des photos verticales (nadirales) pour l’orthophoto et le MNT et des photos obliques pour les façades, les talus et les modèles 3D. C’est notre service de photogrammétrie par drone.

Photogrammétrie aérienne par avion

Des caméras métriques grand format à des centaines ou des milliers de mètres d’altitude, pour cartographier des régions ou des pays. C’est la base des orthophotos officielles : en France, la BD ORTHO® de l’IGN couvre le territoire avec une résolution de 20 cm. Ces orthophotos servent de cartographie de contexte, pas à mesurer une parcelle au centimètre.

Photogrammétrie terrestre ou rapprochée

L’appareil est tenu à la main, sur une perche ou sur un trépied, près de l’objet. On l’utilise pour les façades, les sculptures, les pièces, les fouilles archéologiques ou les éléments patrimoniaux, et à l’échelle du laboratoire pour les pièces industrielles. En intérieur et dans les installations complexes, le relevé laser est généralement plus performant, car il ne dépend ni de la lumière ni de la texture.

Le vol photogrammétrique étape par étape

1. Plan de vol

Tout commence par décider ce qu’il faut mesurer et avec quel niveau de détail. On en déduit le GSD (Ground Sample Distance, la taille de terrain représentée par chaque pixel), et du GSD, la hauteur de vol : avec le même appareil, voler deux fois plus haut double la taille du pixel. On fixe les recouvrements, l’orientation des bandes, le besoin de photos obliques et l’heure, pour éviter les ombres dures. Dans la même phase, on vérifie l’espace aérien et on obtient les autorisations de la zone.

2. Calage au sol

On pose et on lève au GNSS RTK les points d’appui (GCP) et les points de contrôle, répartis sur toute la zone et pas seulement au centre. Avec un drone RTK/PPK, il en faut moins, mais mieux vaut ne pas se passer des points de contrôle : ce sont la seule preuve indépendante de la précision.

3. Acquisition

Le drone exécute le plan automatiquement, avec une vitesse et une cadence de déclenchement calculées pour maintenir le recouvrement. Les photos sont vérifiées sur le terrain avant de remballer : une zone sans recouvrement ou avec des photos floues ne se rattrape pas au bureau.

4. Traitement

• Alignement : la SfM apparie les photos et calcule la position de chaque appareil.
• Calage sur les points d’appui : le bloc est mis à l’échelle et géoréférencé.
• Nuage dense : des millions de points colorés sont calculés.
• Maillage et texture : le modèle 3D continu, avec la photo projetée dessus.
• MNS et MNT : le modèle de surface (avec bâtiments et végétation) et celui du terrain nu.
• Orthophoto : la mosaïque corrigée de la perspective, sur laquelle on mesure comme sur un plan.

5. Contrôle qualité et livraison

On compare les coordonnées du modèle à celles des points de contrôle et on documente l’écart dans le rapport. Les livrables sont ensuite remis en formats ouverts.

Ce que l’on obtient de la photogrammétrie

• Orthophoto en GeoTIFF : une image sans déformation de perspective, à échelle uniforme et géoréférencée.
• MNS et MNT : modèles d’élévation de la surface et du terrain, en GeoTIFF ou en formats de maillage.
• Courbes de niveau et profils dérivés du MNT, en DXF ou DWG.
• Nuage de points dense et coloré, en LAS/LAZ ou E57 (sur nos vols, près de 9,7 millions de points par hectare). Nous l’expliquons dans qu’est-ce qu’un nuage de points.
• Maillage ou modèle 3D texturé (OBJ, FBX, 3D Tiles) de bâtiments, de carrières ou de sites.
• Mesures : volumes de stocks et de terrassements, surfaces, distances.

Pour les consulter et les partager sans rien installer ni transférer des gigaoctets, VisionHub ouvre l’orthophoto, le nuage et le modèle 3D dans le navigateur.

Précision : à quoi s’attendre

Voici les valeurs avec lesquelles nous travaillons en photogrammétrie par drone. La précision de chaque projet dépend du GSD, de la géométrie du vol et du calage au sol :

• Sans RTK ni calage au sol : le géoréférencement repose sur le GPS du drone ; utile pour l’inspection visuelle, pas pour mesurer en coordonnées.
• Précision de référence de nos vols : de l’ordre de 5 cm.
• Vol appuyé sur des points d’appui GCP levés au GNSS RTK : 2-3 cm.
• Orthophoto : sur nos vols, 3,2 cm par pixel.

Ne confondez pas résolution (taille du pixel ou densité du nuage) et précision (écart entre chaque coordonnée et la réalité). Une orthophoto au pixel très fin mais mal calée peut être décalée de bien plus d’un pixel. La valeur qui compte est celle des points de contrôle : demandez toujours le rapport.

Photogrammétrie ou LiDAR

Les deux produisent des nuages de points et des modèles de terrain, mais par des chemins différents. Le LiDAR mesure les distances avec son propre laser ; la photogrammétrie les calcule à partir de photos. Nous racontons l’autre versant dans qu’est-ce que le LiDAR.

La bonne question n’est pas laquelle est la meilleure, mais ce qu’il y a sur la zone. S’il y a des arbres et qu’il faut le terrain, drone LiDAR ; si la zone est dégagée et que l’on veut une orthophoto, photogrammétrie. Beaucoup de projets volent les deux.

Photogrammétrie ou Gaussian Splatting

Le Gaussian Splatting part lui aussi de photos et se confond souvent avec la photogrammétrie. Présenté par Kerbl et al. en 2023, il représente la scène par des millions de gaussiennes optimisées pour reproduire son apparence depuis n’importe quel point de vue, avec des reflets et des transparences qu’un maillage photogrammétrique ne capture pas. Mais il n’est pas conçu pour mesurer. La photogrammétrie donne la cote ; le splatting, l’expérience visuelle. Les deux se combinent bien.

À quoi sert la photogrammétrie

• Topographie : MNT, courbes de niveau et cartographie de parcelles et de propriétés. Nous approfondissons dans qu’est-ce qu’un levé topographique.
• Génie civil et bâtiment : suivi de chantier, terrassements, cubatures, récolement de VRD.
• Mines et carrières : volumes de stocks et de fronts, suivi d’exploitation.
• Patrimoine et archéologie : façades, sites et éléments remarquables avec leur texture réelle.
• Cadastre et urbanisme : orthophotos à jour, surfaces bâties, bornages.
• Inspection : toitures, entrepôts et façades difficiles d’accès sans nacelle.
• Agriculture et environnement : orthophotos et modèles de surface de cultures, de cours d’eau et de littoraux.

Logiciels et équipements de photogrammétrie

Les équipements de photogrammétrie se résument à trois éléments : un appareil photo de qualité connue (intégré au drone, grand format sur avion ou reflex au sol), un système de positionnement GNSS (RTK/PPK sur le drone, un récepteur pour les points d’appui) et un logiciel de traitement.

Côté logiciels, les plus répandus dans le secteur sont Agisoft Metashape, Pix4D, RealityScan (ex-RealityCapture, renommé par Epic Games en 2025) et DJI Terra, et parmi les solutions open source, OpenDroneMap. Tous appliquent le même principe ; les différences portent sur le contrôle de l’ajustement, la vitesse et les rapports qualité. Pour être francs : le logiciel compte moins que le plan de vol et le calage au sol. Aucun logiciel ne sauve un vol au recouvrement insuffisant ou sans points de contrôle.

Tableau récapitulatif

Comment commander un travail de photogrammétrie

Chez LAURIA ESCÁNER, nous réalisons l’ensemble du travail : nous planifions le vol, levons le calage au GNSS RTK, volons, traitons et livrons l’orthophoto, le MNT, le nuage et le modèle 3D en formats ouverts, avec le rapport de précision. Nous sommes exploitant de drones enregistré auprès de l’AESA, l’autorité aéronautique espagnole ; cet enregistrement est valable dans tous les États de l’EASA, et hors d’Espagne nous obtenons les autorisations auprès de l’autorité aéronautique de chaque pays. Basés à Madrid, nous intervenons dans toute l’Europe.

Dites-nous quelle zone mesurer, pour quoi faire et avec quelle précision : nous vous dirons si la photogrammétrie suffit, si le LiDAR est plus adapté ou s’il vaut mieux combiner les deux. Tous les détails sur notre service de photogrammétrie par drone.