FOTOGRAMMETRIA: STORIA, METODO, TIPOLOGIE, APPLICAZIONI - SCIENZA - 2024

Il fotogrametr Ed è una tecnica per estrarre informazioni spaziali da immagini, fotografie aeree in particolare, ma anche quelli presi sulla terra o sotto il mare. Da queste informazioni vengono quantificate le dimensioni e le posizioni degli oggetti rappresentati.

Le immagini fotografiche sono piatte, come quella mostrata in figura 1, ma attraverso di esse è possibile stimare, ad esempio, l'altezza di edifici o rocce, sia rispetto alla strada, al mare o ad un altro punto riferimento.

Figura 1. Un'immagine aerea scattata per eseguire un rilievo fotogrammetrico. Fonte: Wikimedia Commons. Fotografia di D Ramey Logan

La creazione di immagini molto vicine alla realtà non è nuova. Il grande Leonardo da Vinci (1452-1519) fu un pioniere della prospettiva, perfezionando i suoi principi attraverso l'uso dei cosiddetti punti di fuga.

I punti di fuga sono i luoghi all'orizzonte in cui convergono le linee parallele, dando allo spettatore un senso di profondità.

Leonardo lo ha fatto con dipinti e disegni fatti a mano, ma dal momento in cui è stata inventata la fotografia, nell'Ottocento, le foto hanno iniziato ad essere utilizzate anche per scopi tecnici.

Così fecero Aimé Laussedat (1819-1907) e Albrecht Meydenbauer (1834-1921), considerati i padri della fotogrammetria moderna. Laussedat costruì mappe topografiche dettagliate nel 1850 sovrapponendo diverse prospettive su una pianta.

Da parte sua, Meydenbauer, che era un architetto, ha applicato la tecnica per documentare edifici, che, se distrutti, potrebbero essere completamente ricostruiti grazie alle informazioni immagazzinate.

Negli anni '80, l'informatica moderna ha reso la fotogrammetria un grande balzo in avanti, riducendo al minimo il tempo necessario per l'elaborazione delle immagini.

Metodo della fotogrammetria

In generale, il metodo consiste nel prendere immagini di oggetti, elaborarli e infine interpretarli. Gli elementi principali per descrivere il principio di base sono indicati in figura 2:

Figura 2. Principio di base per l'acquisizione di un'immagine. Fonte: F. Zapata.

Prima di tutto, è necessario un sensore per catturare l'immagine e anche una lente, in modo che ogni raggio di luce proveniente da un punto colpisca il sensore nello stesso punto. Se ciò non accade, il punto viene registrato come una sovrapposizione, risultando in un'immagine sfocata o sfocata.

Per ricostruire l'oggetto, interessa di fotogrammetria solo il raggio rettilineo disegnato in nero in figura 2. Questo è quello che passa per il punto chiamato centro di prospettiva nella lente.

Se quel raggio, che va direttamente dall'oggetto, passa attraverso la lente e raggiunge il sensore, è la distanza che si cerca.

Visione stereoscopica

La visione naturale degli esseri umani è stereoscopica. Ciò significa che possiamo conoscere le distanze a cui si trovano gli oggetti, grazie al fatto che il cervello elabora le immagini catturate e valuta i rilievi.

Quindi ogni occhio cattura un'immagine leggermente diversa, e quindi il cervello fa il lavoro di interpretarli come uno, con sollievo e profondità.

Ma in un disegno piatto o in una fotografia non è possibile sapere quanto è lontano o quanto è vicino un oggetto, poiché le informazioni sulla profondità sono andate perse, come spiegato graficamente nella Figura 3.

Come abbiamo detto, il punto è sul raggio principale, ma non c'è modo di sapere se è più vicino perché l'oggetto è piccolo, o se è più lontano, ma appartiene a qualcosa di più grande.

Figura 3. In un'immagine piatta, non è possibile determinare la profondità degli oggetti. Fonte: F. Zapata.

Quindi, per risolvere il problema di vicinanza, vengono scattate due immagini leggermente diverse, come mostrato di seguito nella figura 4.

Figura 4. L'intersezione delle due linee ci permette di trovare la reale posizione del punto nello spazio. Fonte: F. Zapata.

Conoscendo l'intersezione dei raggi per triangolazione, si scopre la posizione dell'oggetto da cui provengono. Questa procedura è chiamata "corrispondenza dei punti" e viene eseguita utilizzando algoritmi appositamente progettati, poiché è necessario ripetere la procedura con tutti i punti di un oggetto.

Vengono presi in considerazione anche dettagli come la posizione, l'angolazione e altre caratteristiche della fotocamera per ottenere buoni risultati.

tipi

A seconda di come vengono acquisite le immagini, esistono diversi tipi di fotogrammetria. Se le immagini sono prese dal cielo, è fotogrammetria aerea.

E se vengono scattate a terra, la tecnica si chiama fotogrammetria terrestre, che è stata la prima applicazione pratica della tecnica.

La fotogrammetria aerea è oggi uno dei rami più utilizzati, in quanto consente la generazione di piante e mappe altamente accurate. Le immagini possono essere acquisite anche tramite satellite, nel qual caso si parla di fotogrammetria spaziale o satellitare.

Allo stesso modo, la fotogrammetria è classificata in base agli strumenti utilizzati e al trattamento dato all'immagine, che può essere:

-Analogico

-Analytics

-Digitale

Nella fotogrammetria analogica, l'imaging e l'elaborazione sono completamente ottici e meccanici.

Nella fotogrammetria analitica, i fotogrammi sono analogici ma elaborati al computer. Infine, nella fotogrammetria digitale, sia il fotogramma che il sistema di elaborazione sono digitali.

Fotogrammetria vs. topografia

La topografia mira anche a rappresentare il terreno rurale o urbano su un piano, evidenziando i punti di interesse. E viceversa, se necessario, prendi le punte dell'aereo e posizionale nello spazio.

Per questo motivo topografia e fotogrammetria hanno molto in comune, tuttavia quest'ultima presenta alcuni vantaggi:

- È quasi sempre più economico.

- L'acquisizione dei dati - rilievo - è più veloce, adatta a grandi aree.

- Funziona meglio su terreni molto accidentati, a meno che non siano coperti da una fitta vegetazione.

- Tutti i punti vengono registrati allo stesso modo.

- Le informazioni possono essere salvate e non è necessario tornare sul campo per ottenerle nuovamente.

Fotogrammetria a immagine singola

In generale, non è possibile ricostruire un oggetto fotografato da una singola fotografia, a meno che non vengano utilizzate altre informazioni aggiuntive, perché come abbiamo già visto, in un'immagine piatta non c'è registrazione di profondità.

Tuttavia, le immagini forniscono ancora informazioni preziose, anche se con alcune limitazioni.

Ad esempio, supponi di voler identificare un ladro in un negozio o in una banca. Un'immagine della telecamera di sorveglianza può essere utilizzata per determinare l'altezza e la corporatura della persona che ha commesso il crimine, confrontandola con le dimensioni note dei mobili o di altre persone nell'immagine.

Figura 5. Le sedie hanno le stesse dimensioni e sappiamo subito qual è la più vicina. D'altra parte, le linee parallele sul pavimento che convergono in lontananza, forniscono la sensazione di profondità nella foto. Fonte: Pixabay.

applicazioni

La fotogrammetria è ampiamente applicata in varie discipline, come architettura, ingegneria e archeologia, solo per citarne alcune. Come spiegato prima, viene applicato nella scienza forense e, naturalmente, per gli effetti speciali nei film.

In ingegneria, buone immagini possono rivelare informazioni sul rilievo e sulla configurazione di un terreno, ad esempio. Ecco alcune aree specifiche di grande interesse:

-Studio delle vie di comunicazione.

-Istituzione di percorsi.

-Movimenti terrestri.

-Pianificazione urbana.

-Studio di bacini idrografici.

-Rilevazioni aeree per prospezioni minerarie.

Inoltre, la fotogrammetria è uno strumento molto apprezzato in:

- Architettura : nella sopraelevazione di monumenti ed edifici.

- Archeologia : ricostruire vecchi edifici dai resti conservati oggi.

- Zoologia : aiuta a realizzare modelli tridimensionali di animali attuali ed estinti.

- Meccanica : nella modellazione di auto, motori e tutti i tipi di macchine.

Riferimenti

1. Blog del team di Adam Technologies. Come funziona la fotogrammetria? Estratto da: adamtech.com.au.
2. Geomatica armillare applicata. Tecniche fotogrammetriche. Estratto da: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Tecnologie fotomodellatrici. Come funziona la fotogrammetria? Estratto da: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Introduzione alla fotogrammetria e alla cartografia applicate all'ingegneria civile. Pubblicato dall'Università di Extramadura.
5. Sánchez, J. Introduzione alla fotogrammetria. Università della Cantabria. Estratto da: ocw.unican.es.