1. Des cartes numériques...

1.1 Préliminaires


Avertissement: La lecture de ce document nécessite un connaissance préalable de la cartographie numérique raster .
Je suis auteur de logiciel et consultant en technologie des données géographiques et c'est à ce titre que j'apporte ma contribution en rédigeant ce dossier sur les cartes numériques qui j'espère aidera ceux qui s'intéressent à la cartographie numérique raster et plus généralement à la géomatique.

Une certaine désinformation a été jusqu'à présent entretenue par certains acteurs du marché qui ne maitrisent pas ou peu la technologie des données géographiques, faisant passer des cartes scannées "brutes de scan" pour de véritables cartes numériques.

Ayant passé plus d'une dizaine d'années à réaliser des logiciels permettant la fabrication en masse de cartes numériques (et de MNT) pour répondre à une grande diversité de besoins, je me permets d'apporter quelques informations et précisions sur les cartes numériques.

1.2 Une vue du problème


Il est intéressant, pour l'explication, de différencier la correction géométrique et la projection dans le processus de fabrication. Dans ce cas, pour la correction de géométrie il faut se référer au système de projection de la carte papier.

La matrice, définie par le fichier issu du scannage d'une carte, peut être considérée comme le résultat d'une projection graphique non-spécifiée. Cette matrice que représente les unités du système de projection utilisé dans la carte papier.

L'opération qui inclut la rectification de géométrie, la rotation (orientation graphique du Nord) et la mise à l'échelle est donc une projection.

Nous considérons que pour passer de la matrice du système de projection de la carte papier
à l' image de la carte scannée il a été réalisé implicitement une projection spécifique dans l'ensemble des étapes :

L'analyse de l'image de la carte scannée permet de découvrir les paramètres spécifiques de la projection graphique de cette image.

1.3 Précision géométrique


Le modèle de déformation est calculé en s'appuyant sur un ensemble de points connus à la fois dans l'image de la carte scannée et dans le système de projection de la carte papier.

L'utilisation, à cette étape, du système de projection final peut induire des déformations qui ne peuvent être traitées en même temps que la correction de géométrie.

Toutefois, dans la pratique il est possible et souhaitable de faire, en un seul traitement les corrections géométriques et de projeter dans le système final.

La rectification de géométrie d'un fichier scanné permet d'obtenir un fichier homothétique au système de projection de la carte papier.

1.3.1 Qualité du document source


A ce stade il n'existe pas de problème de raccord si ce n'est qu'il faut que l'assemblage résultant des cartes scannées ne laisse pas de trou d'information graphique.

LES IMAGES CARTOGRAPHIQUES GEOREFERENCEES CORRECTEMENT SE RACCORDENT AUTOMATIQUEMENT puisqu'il y a contiguité du système de projection.

Les cartes à utiliser sont des cartes non pliées et provenant d'une même édition pour éviter les différences de teintes entre différentes impressions. La technologie que nous utilisons permet de définir et corriger automatiquement pour un ou plusieurs fichiers scannés les nuances de couleurs de manière à obtenir un fichier d'assemblage d'une mêmme teinte.

Il est a noter que depuis peu de temps certains fabricants/éditeurs refusent de fournir leurs cartes papiers non-pliées pour favoriser leurs propres ventes de cartes scannées.

1.3.2 Lisibilité de l'image.


La lisibilité dépend de la résolution résultante (nombre de DPI en relation avec la carte papier) et du nombre de couleur. Un nombre supérieur de couleurs permet de réduire le nombre de DPI avec une même lisibilité.

Il faut aussi tenir compte de la résolution des écrans qui seront utilisés dans l'application finale pour faire des choix judicieux.

254 DPI ou 1 micromètre pour la carte numérique résultante est un bon choix pour le master.

Meme si l'application définitive ne demande pas une telle résolution (lourde en taille) , il convient de prévoir les évolutions ou des utilisations par d'autres applications.

Suite au scannage il est possible de procéder à une phase de filtrage sur le fichier de scan brut ce qui améliore de manière très visible le contraste(et donc la lisibilité). Cette phase de filtrage permet aussi d'atténuer des détails qui peuvent créer des problèmes de lisibilité sur écran (e.g texte sur fond de gris d'ombrage). La phase de filtrage inclut généralement les corrections de couleurs nécessaires pour obtenir une teinte uniforme entre les différentes cartes scannées.

Au moment de la phase de correction/projection du fichier scanné vers la carte numérique résultante, il est possible d'augmenter la densité de certaines couleurs. Cet artifice permet d'augmenter très nettement la lisibilité des textes dans la carte.

1.3.3 Le scannage


254 DPI (1micrometre) sont souvent utilisés toutefois cette résolution peut s'avérer insuffisante...

La règle qu'il convient d'appliquer : la résolution de la carte scannée doit être légèrement supérieure à la résolution attendue au final . Dans ce cas il n'existe pas de trou suite au processus de correction+projection (e.g. en trame). Le processus de correction+projection pour des raisons d'optimisation évidente doit prendre un pixel dans le fichier scanné et calculer la correction de géométrie+la projection et déposer ce pixel dans le fichier résultat qui est en général beaucoup plus grand que le fichier scanné car il doit recevoir e.g. plusieurs fichiers scannés.

Le traitement correction+projection pour chaque pixel correspond en réalité le plus souvent à :

Pour éviter le plus possible les dégradations il convient de faire ce traitement en un seul traitement.
Dans la pratique, il convient d'utiliser un algorithme permettant de livrer le même résultat que l'ensemble de ces opérations, en limitant drastiquement le temps de calcul car il peut être utilisé plusieurs centaines de millions de fois pour une carte.

1.3.3.1 Cohérence géométrique


Pour la couleur il convient d'utiliser un scanner RGB 1 passe qui évite les problèmes d'écart entre passe.

Mes essais m'ont permis de détecter le défaut principal des scanners à savoir : si vous réglez un scanner en 300 DPI vous aurez certes une résolution horizontale en 300 DPI, mais la résolution verticale sera variable ex: une fois 304 DPI une autre fois 302.

En fait la technologie des scanners fait que la barre de CCD horizontale donne un écartement constant mais l'avance mécanique verticale comporte toujours un aléa. Vous obtenez donc une image avec un ratio variable, ce ratio peut etre différent en haut et en bas de l'image ce qui complique la correction de géométrie.

Théoriquement on est en droit d'attendre lorque l'on scanne deux fois la même image, deux fichiers identiques. Aucun scanner connu à ce jour n'est à la hauteur de ces attentes théoriques.

Le pire défaut d'une carte(brute) scannée intervient lorque le ratio est différent en haut et en bas de l'image. Plus un scanner est grand plus il peut être affecté par ce défaut. Une ancienne pliure sur le document original peut provoquer le même défaut.

Un autre défaut de ratio est constaté lorsque l'avance de la barre de CCD est saccadée par des arrêts et redémarrage due à la mauvaise gestion du flux de données par les drivers.

Si l'erreur apportée par un ratio moyen est supportable on peut limiter le nombre de points d'appui pour créer le modèle de correction de géométrie.

J'ai réalisé un outil d'analyse qui permet de déterminer la cohérence géométrique et de tester le modèle de correction de géométrie pour une image donnée. Cet outil permet de s'apercevoir que dans une carte scannée le ratio n'est pas seulement différent en haut et en bas, mais aussi de droite à gauche.

Contrairement à une idée très répandue, le résultat obtenu avec plusieurs fichiers scannés avec un petit scanner (A3) est meilleur que le résultat obtenu avec un seul grand fichier scanné par un scanner A0. La précision xy pour l'ensemble de la carte est supérieure, notamment grace à un nombre de points d'appui plus grand, la contrepartie étant une plus grande quantité de travail.

1.4 Terminologie et exemple concret


Pour les fichiers bruts de scan

Nous utilisons e.g. le terme résolution pour le nombre de DPI au scannage ou pour l'utilisation avec d'autres périphériques.

Pour les cartes numériques.

En place de précision ou résolution nous utilisons le terme de "pas" issu de la terminologie des modèles numériques de terrrain.

Il existe donc le "pas en x" et le "pas en y" qui s'expriment le plus généralement en mètres ou en décimètres et qui représentent l'intervalle du "terrain" entre deux pixels.

MAIS on peut utiliser les deux termes indifféremment.

Un exemple concret

Les données suivantes sont issues d'un exemple réel. L'échantillon utilisé est représentatif des déformations généralement rencontrées.

Nous voulons réaliser une carte numérique à partir d'une carte-papier au 1/25000.

Nous scannons à une résolution de 300 DPI. Après analyse de l'image de la carte scannée, il ressort que l'image représente une carte ayant un pas de:

2.12115 m pas en x en haut
2.11707 m pas en y à gauche2.11574 m pas en y à droite
2.12141 m pas en x en bas



Après traitement, la carte numérique résultante sera au pas en x et y de 2.5 mètres et aura une résolution de 254 DPI représentant 1 micron sur le papier.

L'espace entre deux pixels représente donc 2.5 mètres sur le terrain et si vous imprimez ces deux pixels à 254 DPI il seront espacés sur le papier de 1 micromètre.

1.5 Raccords, tuilage et assemblage.


Dans le cas de raccords entre cartes différentes il peut subsister des non-raccordement liés à des différences graphiques entre les cartes-papier et résultant d'imprécisions à la fabrication des cartes-papier.
Exemples:

Il convient d'utiliser si possible des cartes d'une même édition et d'un même tirage (vérifier la date).

Pour pouvoir raccorder proprement des cartes numériques il convient après le scannage de "gommer" les bords des cartes à partir du cadre pour effacer les informations inutiles( nom de la carte, echelle, légendes...).

Il n'existe aucun problème de raccord, car chaque pixel est placé à une coordonnée précise du système de projection final.

L'ensemble des cartes scannées étant "projeté" dans une seule matrice homothétique au système de projection final, il n'existe pas de problème d'assemblage entre cartes scannées.

Le tuilage de la matrice réunissant l'ensemble de tous les pixels de toutes les cartes peut être réaliser à des fins spécifiques, principalement pour que les fichiers soit compatibles à un format spécifique.

Le tuilage doit être automatisé principalement dans la génération automatique des noms de fichiers, car les fichiers ainsi découpés peuvent se compter par dizaines de millier, notamment lorsque le tuilage prévoit un recouvrement important entre tuiles.

Le tuilage automatique d'un ensemble cartographique est une des solutions retenues pour la navigation cartographique sur internet et permet aux serveurs de ne pas recalculer la tuile pour chaque connexion.

1.6 Les clés d'un bon choix.


Dans le cas de fourniture de cartes numériques par des sociétés tierces il convient de demander un échantillon exemplaire des raccordements entre différentes cartes visualisables avec un logiciel indiquant les coordonnées (pour vérification de la précision des coordonnées).

A cet effet j'ai réalisé un freeware (GeoVu) qui utilise le format .BMP (WIN95) qui permet de visualiser des cartes numériques et d'afficher les coordonnées. Cet utilitaire est downloadable gratuitement sur Internet.

Aujourd'hui, il est aussi possible de visualiser des échantillons sur le Web avec affichage de coordonnées.

Parmi les clés d'un bon choix, j'ajouterais volontiers que la consultation d'un spécialiste indépendant, avant de se lancer dans un projet de quelque ampleur, est vivement conseillée.

Pour les productions importantes, il est très IMPORTANT de vérifier le degré d'automatisation de la production car il existe de véritables difficultés de gestion pour les traitement de centaines ou de milliers de fichiers pour des cartographies pouvant représenter plusieurs giga-pixels.

Pour les projets plus limités l'utilisation de sociétés de services réellement spécialisées dans ce domaine reste le meilleur choix.

Beaucoup de sociétés peuvent proposer leurs services en pensant que le problème est simple à résoudre, dans la pratique très peu de sociétés disposent de la technologie nécessaire.

1.7 Les problèmes de terminologie


On reprendra avec avantage la terminologie issue de la technologie des modèles numériques de terrain.

L'emploi du terme "carte numérique" parait satisfaisant dès lors que l'on fait la différence avec les images de cartes scannées. Si aujourd'hui il faut parler de cartes numériques pour les différencier des cartes-papier, il est fort probable qu'à l'avenir le grand public réutilisera les habitudes des spécialistes actuels qui dans un contexte multimédia disent "carte" pour "carte numérique" et disent "carte-papier" pour ce que le commun des mortels appelle "carte" aujourd'hui.

En déclinant des termes existant (comme E-Mail), j'ai fabriqué le terme E-Map qui est suffisamment significatif, les recherches sur les différents moteurs de recherche concluent à zéro occurence. Comme quoi, les bonnes idées ne sont pas toujours partagée...

Nous utilisons habituellement le terme "projeter" pour résumer les opérations de :

Il est clair qu'il existe un réel problème de terminologie, dans le doute nous nous référons à la terminologie utilisée dans les écrits US pour choisir entre plusieurs termes utilisés en français.

1.8 Utilisateur finals


Je finirai en vous citant quelques sociétés et organismes français qui ont choisi des produits issus de cette technologie.


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