Quelques astuces pour améliorer la qualité des MNT générés avec l'outil d'Extraction de MNT d'ENVI.

Ce document propose quelques astuces/conseils pour améliorer les MNTs générés avec l'outil d'Extraction de MNT d'ENVI. Cet outil peut être lancé :

- à partir de la barre de menu ENVI Classic: Topographic -> DEM extraction
- à partir du menu suivant de la  Toolbox ENVI: Terrain > DEM Extraction > DEM Extraction Wizard: New

A noter que le module d'extraction de MNT (DEMex) nécessite une licence spécifique en plus de la licence ENVI. 


Etape 1: Sélection des images

Cette première étape consiste à sélectionner une image de la paire stereo comme image de gauche et une comme image de droite.

   

L'ordre des images n'est pas essentiel : vous pouvez choisir l'image de gauche et celle de droite comme vous le voulez. Cependant il sera essentiel de conserver cet ordre tout au long du processus. Si vous devez interrompre le processus pour le reprendre ensuite, en utilisant par exemple un fichier de GCPs crée au préalable, vous devrez absolument re-sélectionner les images dans le même ordre sinon le traitement ne s'effectuera pas correctement.
Un moyen pour être sûr de conserver cette information, même après avoir interrompu le traitement, est de sauver le processus avec le bouton Save.

Il est également recommandé de modifier les altitudes minimum et maximum de la scène si vous disposez de valeurs plus précises que celles calculées automatiquement à partir des informations contenues dans les fichiers en-tête des images.



Etapes 2/3: Sélection des GCPs

Ces étapes sont optionnelles, car le processus de calcul de MNT peut être réalisé sans GCP (Ground Control Points). Les GCPs sont particulirement utiles pour ajuster le géoréférencement du MNT à l'aide d'une RST (Rotation/Echelle/ Translation)
Si vous disposez de GCPs et que vous désirez les utiliser, nous vous recommandons de ne sélectionner que quelques points (autour de 3-4 points), de privilégier les points ayant une grande précision et de les répartir de manière homogène sur la zone d'étude - cliquer sur le lien suivant Document 4221 pour plus de détails.

   



Etape 4: Génération des points homologues

Si vous décidez de générez les points homologues de manière automatique, il est alors essential d'adapter les paramètres de calcul à vos images. Le nombre de points homologues n'est pas un point critique, par contre il est essentiel de disposer de points homologues précis. Nous recommandons donc d'examiner et d'éditer les points homologues en sélectionnant Yes à cette option. Nous recommandons également de modifier l'altitude de la région étudiée si vous disposez d'informations plus précises.




a. Paramètre "Search window size" (taille de la fenêtre de recherche): un bon moyen pour évaluer ce paramètre est de calculer le décalage moyen entre les images de la paire stereo. Cela peut être réalisé au moyen du lien géographique d'ENVI (Geographic Link). Sélectionner un point (point A) sur l'image de référence (image de base). Le curseur va automatiquement se positionner sur le (point B) de la deuxieme image (image " warp") qui possède les mêmes coordonnées géographiques que le point A. Ce point devrait être situé non loin du point (point C) représentant le même objet que le point A. Mesurer la distance d en pixels entre le point B et le point C sur la deuxième image (image " warp "). Il est alors recommandé de choisir une fenêtre de recherche d'une taille minimum de 2*d+1.



Si la fenêtre définie est trop petite, le point C ne pourra pas être trouvé. Si la fenêtre est trop grande, le temps de calcul sera allongé et des ambigüités pourront apparaitre. C'est notamment le cas lorsque plusieurs points sur l'image warp sont similaires au point sélectionné sur l'image de référence. Vérifier les points homologues un par un à l'étape suivante peut alors aider à adater la valeur de ce paramètre.


b. Paramètre "Moving Windows Size" (taille de la fenêtre de déplacement): ce paramètre est lié à la résolution de l'image d'entrée. Une fenêtre de déplacement de grande taille permettra d'obtenir des points homologues plus robustes, mais le calcul sera plus long . Il est habituellement recommandé d'utiliser les valeurs suivantes:
- résolution image de 10 m ou plus: 9-15 pixels
- résolution image de 5-10 m: 11-21 pixels
- résolution image de 1-5 m : 15-41 pixels
- résolution image de 1 m ou moins: 21-81 pixels (ou plus).
Par exemple, si vous travaillez sur une image sur laquelle beaucoup de structures apparaissent semblables, utiliser une fenêtre de grande taille est préférable car elle permettra de prendre en compte la surface autour du point de référence pour positionner les points homologues de manière plus robuste. Le calcul sera donc plus performant.



Etape 5: Vérification des points homologues

Il est essentiel de réaliser cette vérification, en particulier si les points homologues sont sélectionnés de manière automatique. Cela permettra notamment d'adapter les paramètres décrits précédemment pour améliorer les précisions des points homologues.
Le paramètre important à cette étape est la Parallaxe Y (Y-Parallax). Cette valeur doit être inférieure à 10 pour poursuivre le calcul du MNT. Il est cependant recommandé que cette valeur soit proche ou inférieure à 1 pour obtenir un MNT de bonne qualité.
Nous recommandons également de vérifier les points homologues un par un en utilisant les flèches de défilement afin de s'assurer que ces points représentent le même objet sur les 2 images. Si un point homologue semble faux il est recommandé de l'effacer (ou de le corriger manuellement) en utilisant le bouton Delete (ou le bouton Update) afin de diminuer la valeur de la parallaxe selon Y.
Si vous vous apercevez que tous les points sont erronés, vous pouvez alors revenir à l'étape précédente et modifier les paramètres de corrélation.





Etape 6: Génération des images épipolaires

La vérification des images épipolaires après leur calcul est également fortement recommandée. En effet cette vérification permettra d'identifier d'éventuels problèmes intervenus lors des précédentes étapes. Sélectionner le bouton Left,Right,Right pour observer les images épipolaires à l'aide des lunettes anaglyphes. Si la reconstruction 3D semble correcte sur toute l'image, vous pouvez poursuivre le calcul du MNT. Si la restitution 3D n'est pas correcte sur certaines zones, nous vous recommandons de vérifier à nouveau les points homologues et d'effacer/corriger de nouveaux certains points. Vous pouvez également ajouter manuellement des points homologues sur les zones où la restitution 3D n'est pas valide.





Etape 7: Paramètres de géoréférencement

Cette étape permet de définir les paramètres de géoréférencement et la résolution du MNT de sortie. Nous vous recommandons de sélectionner une résolution de sortie similaire à la résolution des images d'origine.
Il est cependant possible de sélectionner dans un premier temps une faible résolution de sortie afin de calculer un premier MNT pour vérifier sa qualité - cela prendra en effet moins de temps à basse résolution. Si ce premier MNT est satisfaisant, les paramètres d'extraction du MNT pourront être validés et il sera alors possible d'adapter cette valeur pour générer un MNT plus haute résolution.





Etape 8: Extraction du MNT

C'est l'étape de définition des paramètres d'extraction du MNT. Il est parfois nécessaire de générer plusieurs MNT avec différents paramètres afin de trouver la meilleure combinaison. Afin de réduire le temps de calcul lié à cette phase de test il est possible:
- de définir à l'étape précédente, et dans un premier temps, une résolution du MNT en sortie assez faible puis d'améliorer la valeur de la résolution après validation des paramètres d'extraction du MNT.
et/ou
- de sélectionner un niveau de detail faible dans un premier temps car les temps de calcul seront alors plus courts et d'augmenter ce niveau de détail après validation des paramètres d'extraction du MNT.

Les paramètres à définir à cette étape sont décrits ci-dessous.

a. Paramètre "Minimum Correlation" (Minimum de corrélation): si le coefficient de corrélation est inférieur à cette valeur minimum pour un pixel donné, l'altitude du point ne sera pas calculée pour ce pixel. Abaisser ce seuil permettra à ENVI de calculer l'altitude de plus de points. Cependant cela réduira la précision moyenne du MNT final car le calcul pourra alors intervenir sur des points mal corrélés. Nous recommandons l'utilisation d'une valeur supérieure à 0.65. Il est cependant recommandé d'utiliser une valeur plus faible avec des fenêtres de déplacement de grande taille car dans ce cas les coefficients de corrélations moyens sont plus faibles.

b. Paramètre "Moving Window Size" (taille de la fenêtre de déplacement): ce paramètre est similaire à la taille de la fenêtre de déplacement définie à l'étape 4. L'utilisation de fenêtre de plus grande taille permettra d'obtenir des résultats plus robustes mais augmentera les temps de calcul et diminuera la précision des résultats. L'utilisation d'une fenêtre de petite taille permettra d'obtenir un MNT de meilleure qualité.

c. Paramètre "terrain relief" (relief du terrain): Ce paramètre caractérise le relief de la surface étudiée. Si les images ont été acquises sur une zone montagneuse l'option High relief devra être sélectionnée. Si les images couvrent une surface relativement plate l'option Low relief devra être choisie. Si la surface contient des zones plates et des zones avec plus de relief un test pourra être réalisé avec l'option Moderate relief. Une autre option serait de calculer 2 MNT, l'un avec l'option High relief, l'autre avec l'option Low Relief puis de réaliser une mosaïque avec les 2 MNTs.

d. Paramètre "Edge Trimming" (marge): si un écart existe entre les 2 images stéréoscopiques, cela peut se traduire par des valeurs erronées sur le bord du MNT. Cet effet peut être atténué en utilisant le paramètre Edge Trimming et en lui attribuant une valeur comprise entre 0.0 et 0.6. Une valeur de 0.1 réduira de 5% la marge sur chaque bord du MNT.

e. Paramètre "Terrain Detail" (niveau de détail): comme discuté précédemment le niveau de détail peut initialement être fixé au plus bas niveau afin de vérifier la qualité moyenne du MNT de sortie. Cette valeur peut ensuite être augmentée jusqu'au niveau maximum (7) après validation des autres paramètres.





Etape 9: Edition du MNT

Les MNTs générés avec le module d'extraction de MNT ne sont pas filtrés: tous les fichiers MNT en sortie sont donc composés de données brutes qui devront être filtrées pour leur visualisation. Cela peut se faire en sélectionnant l'option Load DEM Result to display the editing tool.
Par exemple l'application d'un filtre Médian (d'une taille de 5*5) puis d'un filtre Smooth (d'une taille de 5*5) permet en général d'obtenir de bons fichiers de visualisation.
Si vous désirez cependant conserver une copie du MNT brut, nous vous conseillons de faire au préalable une copie de ce fichier car il sera écrasé au cours du processus de filtrage.





Quelques recommandation pour réaliser des comparaisons de MNT

Vous trouverez ci dessous quelques recommandations à prendre en compte lorsque vous désirez comparer des MNT:

1) s'assurer que les MNT couvrent bien la même région et utilisent le même système de projection
2) s'assurer que les MNT ont une résolution similaire
3) il est également recommandé de comparer des MNT construits avec des méthodologies identiques ou similaires. Ce point est particulièrement important lors de la comparaison de séries temporelles de MNTs. Dans ce cas il est fortement recommandé de travailler avec des MNT construits avec le même logiciel.