FR2645301A1 - Method and device for plotting maps - Google Patents
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Abstract
Description
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.Method and device for drawing maps
The subject of the invention is a method and a device for drawing maps from source images, often consisting of aerial photographs.
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. There are already known devices making it possible to constitute a file of characteristic points of a map by pointing of an operator on aerial photographs, reproduced on a screen, then automatic interpolation between these points: the operator has joysticks for moving an image area on the screen relative to a cursor (in x, y coordinates), an altitude selection lever (z coordinate) in the case of maps with mention of the relief, and a command to save the retained data.
On connaît notamment un dispositif commercialisé par la société MATRA sous la marque "TRASTER" permettant de remplir ces fonctions. A device is known in particular marketed by the company MATRA under the brand "TRASTER" making it possible to fulfill these functions.
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. The increasingly frequent use of photographs taken from terrestrial observation satellites poses a problem: the source images obtained consist of a matrix of pixels each representing a large surface on the ground, for example 10 m × 10 m; such dimensions are greater than those of details such as the width of paths t to the precision desirable for certain plots, for example contour lines.
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. The invention aims to provide a method for establishing a map with greater precision than the resolution of the source image, without significantly slowing down the establishment of the map. For this, the invention uses the correlation which exists between adjacent pixels and in particular the continuity of lines to be drawn, either that they represent a continuous element (road, stream, canal, shore, etc.), or that they correspond to a characteristic of the relief presenting a certain continuity of variation (level curve) and it also calls upon the possibility of visual integration of the human operator and his faculty of interpretation.
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.The invention therefore proposes a method of establishing maps by an operator from source images, possibly stereoscopic, of low resolution, consisting of a matrix of pixels whose coordinates are available in digital form, according to which
- a fraction of the source image is shown representing an area on which characteristic points must be pointed, on a display screen,
- using control means having a step of advance lower than the dimension of a pixel and provided with digital coders of resolution higher than that of the source image, one moves the representation of a characteristic point to indicate on the map, estimated by visual observation with integration on several adjacent pixels and its environment, until bringing the representation of the point in coincidence with a location cursor,
- And, by manual pointing, the coordinates of the estimated point are caused to be recorded in the form of a number having significant digits identifying a pixel and at least one less significant digit corresponding to only a fraction of a 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. The invention is very general in scope. Although it is particularly advantageous for the establishment of three-dimensional maps (which implies that the source image is double and includes a “right” and a “left” image), it can also be used for establishment of maps in two dimensions, comprising simply a few side points, such as road maps. It makes it possible to increase the definition of the map returned on a material support in a notable manner: for example, it has been found that it is possible to arrive, from images obtained by satellite with a resolution of 10 m, has a standard deviation, on the restored map, of approximately 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. It has been found that in general it is advantageous to move, at the same time as the characteristic point to be indicated, an environment representing approximately a lOeme of the dimensions of the screen (for example a group of 64 × 64 pixels located in the center of the display screen when displaying 512 lines of 640 pixels). This choice results from physiological data: the operator can only have a global view of such an environment and it would be superfluous to move the whole 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. The invention also provides a device for implementing the above-defined method, comprising display means with display screen and means making it possible to display on the screen the representation of a selected fraction of image. source by displacement in orthogonal directions x and y with respect to a cursor displayed on the screen, means for digital coding of the coordinates x and y, and pointing means controllable by a user and making it possible to record the coordinates of significant points, characterized by means making it possible to move the representation of a characteristic point and its environment, located in the center of the screen, in steps less than the dimension of a pixel by progressive sliding, possibly with respect to the rest of the displayed representation, and means for coding the position of the characteristic point with a precision greater than that of local pixelation.
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. The invention also proposes to complete the process for establishing cards defined above with additional verification steps by comparing the representation of the card with the original representation, that is to say directly from the source images.
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.The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a block diagram showing a work station for implementing the invention, according to an arrangement which is that of the apparatus for establishing maps from aerial photos marketed by the applicant under the brand "TRASTER T10 ;;
- Figure 2 is a diagram showing the location on the screen of a central sticker corresponding to a characteristic point and its environment and the sliding of this sticker compared to the rest of the representation
- Figure 3 is a diagram showing a particular path on an image, for which one seeks to locate characteristic points with a precision greater than that of a pixel;
- Figure 4 is a flowchart illustrating the conventional operation of an apparatus of the "TRASTER"type;
- Figures 5 and 6 are flowcharts intended to illustrate the method according to the 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. An embodiment of the invention will be described corresponding to its implementation on a device of the type marketed under the name "TRASTER T10 which allows an operator to generate or update geographic information and store it in digital form, from the examination on screen of a representation from ~ stereoscopic images obtained by two shots of the terrain from two different angles. We will not describe here those of the constituent organs of the apparatus which are preserved without 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.The control panel of the device shown in
Figure 1 comprises display means constituted by a television monitor 10 and means for selecting the portion of source images which is represented on the display screen by moving this portion in two orthogonal directions x and y. These means are frequently constituted by a ball 12 that the operator rolls his hand. In the case, which will be considered alone, of stereoscopic reproduction, the device allows the operator to indicate the height z using another manually controlled member, such as a roller 14. can obtain a stereoscopic representation on the screen by providing the operator with glasses, the two glasses of which have crossed polarizations, by alternately displaying the two complementary stereoscopic images on the monitor 10, at a rate which is generally 50 or 60 Hz for each eye, to avoid flickering, and by placing, in front of the monitor, an active screen 16 alternately excited and not excited to present the two necessary polarizations.
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. Thus, the operator can move the image in the space x, y, z with respect to a fixed colored stereoscopic cursor 18 appearing in the center of the screen, as shown in Figure 2, using the organs 12 and 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.The display of the coordinates x, y, z is translated by the mathematical model stored in the device's memory in displacement of the "right" and "left" images leading to superimpose the point of coordinates p, q on a source image, p ', q' on the other.
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. The process described so far is conventional. -It enables the functions indicated in Figure 4 to be fulfilled: the operator checks that the point to be recorded appears to him at the cursor location and at the same level (in contact with the screen). It then causes the point to be recorded and possibly adds inscriptions using the keyboard 20 before proceeding to the next point.
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. However, in this conventional process, the displacements in plan (along x and y) are carried out in steps equal to the dimension of a pixel, which limits the resolution. If for example the actual layout of a path on the ground is that indicated at 21 in FIG. 3, the conventional method will leave an indeterminacy on the actual position corresponding to the dimension of a pixel, that is to say to the area delimited by the two dashed lines 22 in 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. On the contrary, as will now be shown, the invention makes it possible to arrive at a higher resolution, by pointing inside a pixel, based on a visual appreciation of the observer allowing him to identify the locations indicated by dots in 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. For this, the modeling and displacement program stored in the device's memory is provided to correspond to the flowchart shown in Figure 5 and the displacement means are provided so as to allow an advance in the directions x and y corresponding each times to a fraction of a pixel dimension. In other words, the model making it possible to pass from the coordinates x, y and z in the representation to the coordinates p, q and p ', q' in the source images makes it possible to assign, to a determined point, coordinates on the shape pictures
p = P +
q = Q + where P and Q are integers (i.e. identify a pixel) while Ap and Aq are less than 1 and allow a pixel to be split. In practice, only discrete values of Àp and Aq are provided, for example corresponding to eight values between O and 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. Since the operator only has a global vision of the central part of the screen 10, it suffices that the fractional displacements interest only the whole of a "thumbnail" 24 placed in the center of the screen and corresponding for example to 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.While the overall representation moves by jumps each corresponding to a pixel (that is to say, at each change of an integer value P or Q), the central sticker 24 "slides" relative to the rest and allows the operator can make the point - mark and mark 18 coincide on the representation, in plan (x and y coordinates) and in altitude (z coordinate). The fractional part of the displacement is calculated by resampling the image according to a conventional interpolation law, which can in particular be linear in x and y but can also be more complex, for example of the sin x / x type, approximated by a third order polynomial.
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. Once again, once the identification has been carried out, the operator causes the memorization of the coordinates x, y and z by action on the keyboard: the global flowchart is of the kind shown in FIG. 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. The method which has just been described is advantageously supplemented by a control method making it possible to verify the quality of the reproduction by superposition, on the same screen, of the cartographic information created by the operator with the original stereoscopic images, this superposition taking place with a precision higher than the resolution of the stereoscopic source images.
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. This complementary method is advantageously implemented on the same device as that which is used for drawing cards and only involves the addition of an additional printed circuit board, carrying simple integrated circuits and a low capacity program memory. .
L'organigramme de base du procédé est indiqué sur la Figure 6. The basic process flow diagram is shown in 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. The program must first of all carry out a magnification of the stereoscopic source images so that the resolution of these images reaches the precision of the information to be checked, originating from the already drawn trace. This magnification is carried out by conventional bicubic or bilinear interpolation in x and y. Magnification should not be exaggerated, however, as it tends to degrade image quality. In practice, for source images with a resolution of 10 m, a magnification between 3 and 4 is generally satisfactory.
Parallèlement, on transforme les informations géographiques à contrôler en graphismes superposables aux images sources droite et gauche. At the same time, the geographic information to be checked is transformed into graphics that can be superimposed on the right and left source images.
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. The source images, still in stereoscopic vision and the graphics, are then displayed simultaneously on the screen 16, to give the operator a simultaneous vision, in superposition. The operator thus immediately checks, by noting discrepancies, on the one hand, that the location of the graphics is correct and, on the other hand, that these graphic indications (side dots, relief, etc.) have good contact with the representation of the ground coming directly from the source images simply enlarged, that is to say with a zoom effect. If necessary, the operator can then return to the "tracing" mode to make the required corrections before 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. It can be seen that the only additional elements necessary for this second step of the method consist of a map containing a program for transforming geographic information into superimposable graphics and a magnification program with 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. It can be seen that the method makes it possible to arrive at a higher precision than those previously known and allows immediate control, therefore guarantees high reliability.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2645301B1 (en) | 1994-07-22 |
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