5. Fotogrammetria terrestre
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Corsi di Laurea in: - Gestione tecnica del territorio agroforestale e Sviluppo rurale - Scienze forestali e ambientali - Costruzioni rurali e Topografia RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità FOTOGRAMMETRIA Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Generalità RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO INTRODUZIONE INTRODUZIONE ALLA FOTOGRAMMETRIA TRA TRA II VARI VARI METODI METODI DI DI RILIEVO RILIEVO IN IN USO USO LA LA FOTOGRAMMETRIA, FOTOGRAMMETRIA, AFFERMATASI AFFERMATASI NELL’ULTIMO NELL’ULTIMO CINQUANTENNIO, CINQUANTENNIO, RAPPRESENTA RAPPRESENTA IL IL METODO METODO PIÙ PIÙ COMPLETO COMPLETO E E PRECISO, PRECISO, A A PARITÀ PARITÀ DI DI COSTI COSTI E E RAPIDITÀ, RAPIDITÀ, RISPETTO RISPETTO AD AD ALTRI ALTRI METODI METODI DI DI RILEVO RILEVO DEL DEL TERRITORIO. TERRITORIO. LA LA FOTOGRAMMETRIA, FOTOGRAMMETRIA, CHE CHE OPERA OPERA SENZA SENZA DIRETTO DIRETTO CONTATTO CONTATTO CON CON L’OGGETTO L’OGGETTO DA DA RAPPRESENTARE, RAPPRESENTARE, UTILIZZA UTILIZZA IMMAGINI IMMAGINI FOTOGRAFICHE FOTOGRAFICHE DELL’OGGETTO DELL’OGGETTO PER PER EFFETTUARNE EFFETTUARNE IL IL RILIEVO. RILIEVO. LA LA FOTOGRAMMETRIA FOTOGRAMMETRIA SI SI È È AFFERMATA AFFERMATA PERCHÉ PERCHÉ CONSENTE CONSENTE DI DI RILEVARE RILEVARE GLI GLI OGGETTI OGGETTI NELLA NELLA LORO LORO CONTINUITÀ CONTINUITÀ SPAZIALE, SPAZIALE, CONSENTENDO CONSENTENDO DI DI RIDURRE RIDURRE II TEMPI TEMPI DEL DEL RILIEVO RILIEVO RISPETTO RISPETTO AL AL RILIEVO RILIEVO CONDOTTO CONDOTTO CON CON METODI METODI E E STRUMENTI STRUMENTI CLASSICI. CLASSICI. Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità LA VISIONE STEREOSCOPICA LA LA FOTOGRAMMETRIA FOTOGRAMMETRIA SFRUTTA SFRUTTA IL IL PRINCIPO PRINCIPO DELLA DELLA VISIONE VISIONE STERESCOPICA, STERESCOPICA, OVVERO OVVERO LA LA VISIONE VISIONE DELL’OGGETTO DELL’OGGETTO DA DA RAPPRESENTARE RAPPRESENTARE DA DA DUE DUE DIVERSI DIVERSI PUNTI PUNTI DI DI VISTA. VISTA. UTILIZZANDO UTILIZZANDO DUE DUE PROSPETTIVE PROSPETTIVE CENTRALI CENTRALI DI DI UN UN MEDESIMO MEDESIMO OGGETTO OGGETTO DA DA DUE DUE DISTINTI DISTINTI CENTRI CENTRI DI DI PROIEZIONE PROIEZIONE (COSÌ (COSÌ COME COME AVVIENE AVVIENE PER PER LA LA VISIONE VISIONE UMANA), UMANA), RICAVATE RICAVATE AD AD ESEMPIO ESEMPIO DA DA DUE DUE FOTO FOTO DELL’OGGETTO, DELL’OGGETTO, È È POSSIBILE POSSIBILE TROVARE TROVARE LA LA POSIZIONE POSIZIONE SPAZIALE SPAZIALE DELL’OGGETTO DELL’OGGETTO MEDESIMO. MEDESIMO. Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità PRINCIPI PRINCIPI GEOMETRICI GEOMETRICI DELLA DELLA VISIONE VISIONE STREOSCOPICA STREOSCOPICA Intersezione Intersezione spaziale spaziale == stereoscopia stereoscopia oggetto Utilizzando Utilizzando due due prospettive prospettive centrali centrali di di uno uno stesso stesso punto punto oggetto, oggetto, èè possibile possibile ricostruirne ricostruirne la la posizione posizione spaziale spaziale prospettiva centrale Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità IL IL CONCETTO CONCETTO PIÙ PIÙ INTERESSANTE INTERESSANTE DELLA DELLA VISIONE VISIONE STERESCOPICA STERESCOPICA È È COSTITUITO COSTITUITO DALLA DALLA DISEGUAGLIANZA DISEGUAGLIANZA ESISTENTE ESISTENTE TRA TRA LE LE IMMAGINI IMMAGINI ELABORATE ELABORATE DAI DAI DUE DUE PUNTI PUNTI DI DI VISTA, VISTA, CHE CHE DETERMINA DETERMINA IL IL FENOMENO FENOMENO DELLA DELLA SENSAZIONE SENSAZIONE SPAZIALE SPAZIALE TRIDIMENSIONALE, TRIDIMENSIONALE, LEGATO LEGATO SIA SIA ALLA ALLA DISTANZA DISTANZA DEI DEI PUNTI PUNTI DI DI VISTA VISTA DALL’OGGETTO DALL’OGGETTO SIA SIA ALLA ALLA DISTANZA DISTANZA ESISTENTE ESISTENTE FRA FRA GLI GLI STESSI STESSI PUNTI PUNTI DI DI VISTA VISTA (DISTANZA (DISTANZA INTERPUPILLARE). INTERPUPILLARE). TALE TALE FENOMENO FENOMENO DELLA DELLA TRIDIMENSIONALITÀ TRIDIMENSIONALITÀ RISULTA RISULTA EVIDENTE EVIDENTE PER PER OGGETTI OGGETTI POSTI POSTI A A BREVE BREVE DISTANZA DISTANZA DAI DAI PUNTI PUNTI DI DI OSSERVAZIONE OSSERVAZIONE E E TENDE TENDE AD AD ANNULLARSI ANNULLARSI CON CON IL IL CRESCERE CRESCERE DELLA DELLA DISTANZA; DISTANZA; CIÒ CIÒ IN IN QUANTO QUANTO TENDE TENDE A A DIMINUIRE DIMINUIRE PROGRESSIVAMENTE PROGRESSIVAMENTE CON CON LA LA DISTANZA DISTANZA LA LA DIFFERENZA DIFFERENZA DEGLI DEGLI ANGOLI ANGOLI (PARALLASSE (PARALLASSE STEREOSCOPICA STEREOSCOPICA ANGOLARE) ANGOLARE) SOTTO SOTTO II QUALI QUALI UN UN OGGETTO OGGETTO VIENE VIENE VISTO VISTO RISPETTIVAMENTE RISPETTIVAMENTE DAI DAI DUE DUE PUNTI PUNTI DI DI VISTA. VISTA. Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità La La visione visione stereoscopica stereoscopica naturale naturale si si basa basa sulla sulla parallasse parallasse stereoscopica stereoscopica angolare angolare (g) (g) ee sulla sulla corrispondente corrispondente parallasse parallasse stereoscopica stereoscopica lineare lineare (p (pxx).). La La parallasse parallasse lineare lineare ppxx èè la la differenza differenza tra tra ii segmenti segmenti xx11 ee xx22 intercettati intercettati dalle dalle due due visuali visuali sul sul piano piano della della visione visione distinta distinta ee relativa relativa al al punto punto P. P. La La capacità capacità di di percepire percepire la la 33aa dimensione dimensione èè legata legata all’angolo all’angolo g. g. Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità La La diversa diversa distanza distanza tra tra due due punti punti A A ee B B dall’osservatore dall’osservatore èè valutata valutata in in funzione funzione della della differenza differenza dell’angolo dell’angolo di di parallasse parallasse stereoscopica stereoscopica angolare gbb).). angolare (g (gaa –– g Ponendo Ponendo l’oggetto l’oggetto aa distanze distanze via via via via maggiori, maggiori, la la capacità capacità di di stima stima della della distanza distanza dell’oggetto dell’oggetto decade decade con con legge legge quadratica quadratica della della distanza distanza (in (in quanto quanto diminuisce diminuisce la la differenza differenza g gbb).). gaa –– g distanza interpupillare Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità PER PER POTERE POTERE NUOVAMENTE NUOVAMENTE AUMENTARE, AUMENTARE, ANCHE ANCHE A A DISMISURA, DISMISURA, IL IL CONCETTO CONCETTO DI DI PROFONDITÀ PROFONDITÀ DELLO DELLO SPAZIO, SPAZIO, OLTRE OLTRE IL IL LIMITE LIMITE NATURALE NATURALE DELLA DELLA VISIONE VISIONE UMANA, UMANA, SI SI AUMENTA AUMENTA LA LA DISTANZA DISTANZA INTEPUPILLARE INTEPUPILLARE (d.i.), (d.i.), CIOÈ CIOÈ LA LA DISTANZA DISTANZA ESISTENTE ESISTENTE FRA FRA II DUE DUE PUNTI PUNTI DI DI VISTA VISTA effetto profondità (ga – gb) effetto dell’aumento della distanza interpupillare e conseguente aumento del concetto di profondità Prof. C. R. Fichera d.i. RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità Da Da un un punto punto di di vista vista topografico topografico della della rappresentazione, rappresentazione, la fotogrammetria serve a passare da da prospettive prospettive centrali centrali (rappresentazione (rappresentazione legata alle immagini immagini fotografiche) fotografiche) aa proiezioni proiezioni ortogonali ortogonali IN IN FOTOGRAMMETRIA: FOTOGRAMMETRIA: •• Si Si misurano misurano coordinate coordinate 2D 2D di un punto punto P P sulle sulle immagini immagini fotografiche fotografiche •• Si Si ottengono ottengono coordinate coordinate 3D 3D di di quel quel punto, punto, X Xpp,, Y YPP,, Z Zpp Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità FASI PRINCIPALI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO • PRESA: Acquisizione delle immagini (fotografiche o digitali) con opportune camere • ORIENTAMENTO: ORIENTAMENTO: Determinazione dei parametri della della trasformazione trasformazione da da 2D 2D aa 3D 3D •• RESTITUZIONE: RESTITUZIONE: Determinazione delle coordinate coordinate di di molti molti punti punti per per la la ricostruzione ricostruzione dell’oggetto dell’oggetto o o per per ilil tracciamento tracciamento della della carta carta Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria - Generalità LA FOTOGRAMMETRIA PUÒ ESSERE SUDDIVISA, A SECONDA DELL’UTILIZZO, IN: ► FOTOGRAMMETRIA TERRESTRE ((close-range close-range photogrammetry photogrammetry)) ► FOTOGRAMMETRIA AEREA O AEROFOTOGRAMMETRIA (da aereo o da satellite) Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria terrestre RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Fotogrammetria Fotogrammetria terrestre terrestre Questa Questa metodologia metodologia viene viene identificata identificata come come fotogrammetria fotogrammetria dei dei vicini vicini oo close-range close-range photogrammetry, photogrammetry, quando quando gli gli oggetti oggetti interessati interessati risultano risultano situati situati ad ad una una distanza distanza inferiore inferiore aa 300 300 m m circa circa dalla dalla camera camera da da presa presa fotogrammetrica fotogrammetrica (il (il limite limite dei dei 300 300 m m costituisce costituisce anche anche la la delimitazione delimitazione della della quota quota di di sicurezza sicurezza per per le le riprese riprese da da aereo) aereo) Trova Trova applicazioni applicazioni oltre oltre che che per per ii rilievi rilievi architettonici architettonici anche anche nella nella descrizione descrizione di di fenomeni fenomeni di di smottamento smottamento del del terreno, terreno, di di frane frane oo aa livello livello industriale industriale nello nello studio studio delle delle deformazioni deformazioni di di provini provini sottoposti sottoposti aa sollecitazioni sollecitazioni indotte indotte aa titolo titolo sperimentale, sperimentale, ecc. ecc. Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria terrestre Nella fotogrammetria terrestre, per l’acquisizione delle immagini dell’oggetto da documentare, si impiega generalmente una coppia di fotocamere speciali (camere metriche) 1. Fotocamera metrica Wild P31 2. Fotocamere metriche Zeiss SMK 3. Fotocamera metrica digitale Rollei DB 44 Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria terrestre RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO ESEMPI ESEMPI DI DI FOTOCAMERE FOTOCAMERE TERRESTRI TERRESTRI Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Fotogrammetria Fotogrammetria aerea aerea oo Aerofotogrammetria Aerofotogrammetria La fotogrammetria aerea si fonda sulla stesso principio della parziale sovrapposizione delle immagini fotografiche che è proprio della stereoscopia. Differiscono ovviamente le modalità operative della acquisizione: si usano camere metriche di tipo diverso, montate su aeromobili. Impieghi Impieghi della della fotogrammetria fotogrammetria aerea aerea La fotogrammetria aerea serve per produrre cartografia di qualsiasi tipo, da quelle generali a scala piccola, a quelle a scala media fino alle carte tecniche a grande scala. Il tipo di prodotto realizzabile dipende da molteplici fattori, tra cui la quota di volo ed il tipo di camera utilizzata. Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) VANTAGGI VANTAGGI DEL DEL PROCEDIMENTO PROCEDIMENTO FOTOGRAMMETRICO FOTOGRAMMETRICO RISPETTO RISPETTO AL AL RILIEVO RILIEVO DIRETTO DIRETTO DEL DEL TERRITORIO TERRITORIO consente consente di di rilevare rilevare oggetti oggetti senza senza avere avere contatto contatto fisico fisico con con l'oggetto l'oggetto (in (in tal tal senso senso èè un un tipo tipo di di telerilevamento) telerilevamento) èè un un rilievo rilievo simultaneo simultaneo di di molti molti punti punti (gran (gran quantità quantità di di informazioni) informazioni) le le misure misure vengono vengono eseguite eseguite aa posteriori, posteriori, in in una una fase fase successiva successiva al al rilievo rilievo ee quindi quindi possono possono essere essere ripetute, ripetute, modificate, modificate, controllate controllate Rispetto Rispetto al al rilievo rilievo diretto diretto per per produrre produrre cartografia, cartografia, risulta risulta avere avere caratteristiche caratteristiche di: di: -- maggiore maggiore produttività produttività (soprattutto (soprattutto per per grandi grandi estensione estensione ee scale scale mediomediopiccole) piccole) -- rapidità rapidità -- economicità economicità (grazie (grazie all’alta all’alta produttività) produttività) -- uniformità uniformità di di precisione precisione Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Fotogrammetria Fotogrammetria aerea aerea oo Aerofotogrammetria Aerofotogrammetria Nella fotogrammetria aerea si impiegano camere metriche di tipo diverso montate su aeromobili. Il territorio è ripreso con sequenze di fotogrammi (chiamate strisciate o strip), scattati automaticamente a intervalli regolari - mantenendo velocità di volo uniforme lungo traiettorie rettilinee e a quota costante (per ragioni di sicurezza non inferiore ai trecento metri dal suolo) - utilizzati a coppie e tali che ciascun fotogramma si sovrapponga per circa il 60% con quelli adiacenti (sovrapposizione longitudinale o overlap) e ciascuna strisciata si sovrapponga per il circa 15% con quelle adiacenti (sovrapposizione laterale o sidelap). Prof. C. R. Fichera RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) ro tta de ll’a er e o o lin ea di vo lo Prof. C. R. Fichera strisciata strisciata aerofotogrammetrica aerofotogrammetrica 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO sovrapposizione sovrapposizione (ricoprimento) (ricoprimento) longitudinale longitudinale R R (overlap) (overlap) sovrapposizione sovrapposizione (ricoprimento) (ricoprimento) trasversale trasversale rr (sidelap) (sidelap) H = quota di volo f = focale dell’obiettivo della camera di presa R = overlap; r = sidelap L = lato del quadrato di territorio inquadrato l = lato del quadrato della pellicola fotografica (23 cm) Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Piano Piano di di volo volo Per Per la la ricostruzione ricostruzione completa completa del del territorio territorio occorrono occorrono molti molti fotogrammi fotogrammi parzialmente parzialmente sovrapposti, sovrapposti, che che determineranno determineranno ilil cosiddetto cosiddetto piano piano di di volo volo Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Fotogramma Fotogramma Ciascun Ciascun fotogramma fotogramma riporta, riporta, oltre oltre ai ai codici codici identificativi identificativi del del lavoro, lavoro, della della strisciata, strisciata, del del fotogramma, fotogramma, anche anche l’immagine l’immagine di di livella, livella, orologio, orologio, altimetro altimetro (quota (quota di di volo), volo), distanza distanza focale focale dell’obiettivo dell’obiettivo della della fotocamera, fotocamera, numero numero del del fotogramma. fotogramma. Su Su ciascun ciascun fotogramma fotogramma sono sono presenti presenti 44 reperes reperes al al centro centro di di ogni ogni lato, lato, oo 44 marche marche in in corrispondenza corrispondenza degli degli spigoli. spigoli. Collegando Collegando le le due due coppie coppie di di reperes reperes contrapposti, contrapposti, oo le le due due coppie coppie di di marche marche contrapposte, contrapposte, le le linee linee si si intersecano intersecano nel nel centro centro del del fotogramma fotogramma (punto (punto principale), principale), origine origine di di un un sistema sistema cartesiano cartesiano di di riferimento riferimento locale locale al al fotogramma. fotogramma. Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO SCALA SCALA MEDIA MEDIA DEL DEL FOTOGRAMMA FOTOGRAMMA La La scala scala di di un un fotogramma fotogramma èè data data dal dal rapporto rapporto l/L l/L fra fra la la dimensione dimensione di di un un elemento elemento lineare lineare sul sul fotogramma fotogramma (l) (l) ee la la corrispondente corrispondente dimensione dimensione dell'elemento dell'elemento sul sul terreno terreno (L) (L) Considerando Considerando sia sia ilil terreno terreno sia sia ilil fotogramma fotogramma giacenti giacenti in in piani piani orizzontali orizzontali ee paralleli, paralleli, ilil fascio fascio dei dei raggi raggi ottici ottici che che convergono convergono nell'obiettivo nell'obiettivo dà dà luogo luogo alla alla relazione relazione di di similitudine similitudine tra tra triangoli triangoli dalla dalla quale quale si si desume desume la la scala scala 1/n del fotogramma: 1/n del fotogramma: 11 nn 11 f 11 == LL == H H ll ff H Denominatore di scala: n = F l f b H L In In questo questo caso caso ideale ideale esisterebbe esisterebbe un un rapporto rapporto di di similitudine similitudine costante costante tra tra tutti tutti ii punti punti del del terreno terreno ee quelli quelli del del fotogramma fotogramma ee la la scala scala del del fotogramma fotogramma sarebbe sarebbe costante costante su su tutto tutto ilil fotogramma fotogramma Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO SCALA SCALA MEDIA MEDIA DEL DEL FOTOGRAMMA FOTOGRAMMA Nel caso reale, in generale, l'oggetto fotografato non è né piano né ortogonale all'asse della camera e l’obiettivo è reale: ciò produce variazioni di scala nei vari punti del fotogramma. Quindi i particolari presenti in fotografia sono rappresentati a scala variabile al contrario di ciò che è rappresentato in cartografia che è a scala costante. f Influenza dell'altimetria sulla posizione ì del punto immagine Prof. C. R. Fichera Scala media di un fotogramma aereo 5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria ) RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO SCALA SCALA MEDIA MEDIA DEL DEL FOTOGRAMMA FOTOGRAMMA Nel caso reale si parla pertanto di scala media del fotogramma, intendendo dire che il rapporto l/L tra un elemento l sul fotogramma e il corrispondente elemento L preso sul terreno varia da punto a punto e se ne assume il valore medio: è equivalente al rapporto tra la costante della camera e la distanza media dell’oggetto fotografato. La definizione di scala media di un fotogramma non è pertanto rigorosa e può essere indicata grossolanamente o come la media delle scale estreme, dovute alle quote massime e minime del terreno o oggetto fotografato oppure come la scala dovuta alla quota prevalente nell'area in esame. Detta Q la quota di volo assoluta e q la quota media del terreno, entrambe espresse nella stessa unità di misura, la scala media del fotogramma risulta dalla relazione: (1/n)m = f/(Q –q) (1/n)m = f/Hm = l/L Se fissiamo la scala del fotogramma, è evidente che ad ogni variazione di f deve corrispondere una variazione di Hm e viceversa. Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO RESTITUZIONE IL IL PROCESSO PROCESSO CHE CHE CONDUCE CONDUCE ALLA ALLA POSIZIONE POSIZIONE DELL’OGGETTO DELL’OGGETTO ATTRAVERSO ATTRAVERSO L’ELABORAZIONE L’ELABORAZIONE DI DI DUE DUE FOTO FOTO DELLO DELLO STESSO STESSO VIENE VIENE DETTO DETTO RESTITUZIONE RESTITUZIONE FOTOGRAMMETRICA FOTOGRAMMETRICA LA LA RESTITUZIONE RESTITUZIONE AVVIENE AVVIENE CON CON L’IMPIEGO L’IMPIEGO DI DI PARTICOLARI PARTICOLARI STRUMENTI STRUMENTI DETTI DETTI RESTITUTORI, RESTITUTORI, OGGI OGGI IN IN PARTE PARTE SOSTITUITI SOSTITUITI DA DA COMPUTER COMPUTER E E CONGEGNI CONGEGNI AUSILIARI AUSILIARI SPECIFICAMENTE SPECIFICAMENTE DEDICATI DEDICATI Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Ricostruzione del modello stereoscopico Il modello (modello ottico o stereoscopico) è ottenuto con la parte comune dei due fotogrammi della coppia stereoscopica (ricoprimento possibilmente superiore al 60%). P1 P2 Fotogramma FOTO 1 1 Fotogramma FOTO 2 2 Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Ricostruzione del modello stereoscopico Sfruttando la visione stereoscopica sarà possibile riconoscere su ciascuno dei due fotogrammi la posizione relativa e l’altezza di punti del territorio. Questa possibilità è condizionata però al fatto che si riesca ad orientare i due fotogrammi in modo da ricomporne la posizione relativa al momento dello scatto (ed in pratica ricostruendo la posizione e l’orientamento assunti dall’aereo e dalla macchina fotografica nei momenti corrispondenti allo scatto dei due fotogrammi). Tale operazione, finalizzata alla ricostruzione del modello stereoscopico, parte dalla individuazione su ciascun fotogramma di particolari ben riconoscibili, ottenendone le coordinate locali in ciascun fotogramma (espresse nel sistema cartesiano locale del fotogramma). Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Orientamento interno punto principale Per Per ciascun ciascun fotogramma fotogramma si si procede procede all’orientamento all’orientamento interno interno ricavando, ricavando, per per ciascun ciascun “fiducial “fiducial mark” mark” (o (o per per ii 44 reperes reperes posti posti al al centro centro di di ciascun ciascun lato), lato), le le coordinate coordinate nel nel sistema sistema di di riferimento riferimento locale locale con con origine origine nel nel Punto Punto Principale Principale (quello (quello al al centro centro del del fotogramma, fotogramma, individuato individuato dalla dalla intersezione intersezione delle delle diagonali diagonali passanti passanti per per ii “fiducial “fiducial mark”). mark”). In In questo questo modo modo abbiamo abbiamo definito definito per per ciascun ciascun fotogramma fotogramma un un suo suo sistema sistema di di riferimento riferimento cartesiano. cartesiano. A A tale tale sistema sistema di di riferimento riferimento potremo potremo successivamente successivamente ricorrere ricorrere per per esprimere esprimere le le coordinate coordinate di di particolari particolari visibili visibili nell’immagine. nell’immagine. Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Orientamento Orientamento relativo relativo Avendo Avendo operato operato l’orientamento l’orientamento interno interno per per ciascun ciascun fotogramma, fotogramma, possiamo possiamo aa questo questo punto punto individuare individuare punti punti facilmente facilmente riconoscibili riconoscibili sia sia sul sul primo primo che che sul sul secondo secondo fotogramma, fotogramma, derivandone derivandone le le corrispondenti corrispondenti coordinate coordinate “lastra” “lastra” nei nei due due sistemi sistemi di di riferimento. riferimento. In In genere genere si si scelgono scelgono sei sei punti punti per per fotogramma, fotogramma, disposti disposti come come nell’immagine nell’immagine aa fianco. fianco. E’ E’ possibile, possibile, aa questo questo punto, punto, ricavare ricavare un un sistema sistema di di equazioni, equazioni, basate basate sulla sulla coincidenza coincidenza dei dei punti punti espressi espressi nei nei due due sistemi sistemi di di coordinate. coordinate. Ciò Ciò consentirà, consentirà, su su un un apposito apposito strumento, strumento, di di ricostruire ricostruire ilil modello modello stereoscopico. stereoscopico. IlIl fatto fatto che che abbiamo abbiamo ricostruito ricostruito l’orientamento l’orientamento relativo relativo dei dei due due fotogrammi, fotogrammi, lungi lungi dal dal consentirci consentirci di di calcolare calcolare le le coordinate coordinate terreno terreno di di un un punto punto di di cui cui misuriamo misuriamo la la posizione posizione nel nel modello, modello, ci ci permette permette comunque comunque di di realizzare realizzare una una visione visione “stereoscopica” “stereoscopica” (ovvero (ovvero tridimensionale) tridimensionale) del del territorio territorio fotografato. fotografato. Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Orientamento assoluto Se Se di di alcuni alcuni dei dei punti punti (punti (punti di di inquadramento: inquadramento: gli gli stessi stessi utilizzati utilizzati per per l’orientamento l’orientamento relativo relativo oo altri altri differenti) differenti) individuati individuati sulle sulle immagini immagini conosciamo conosciamo anche anche le le coordinate coordinate (ad (ad esempio esempio ottenute ottenute mediante mediante rilievi rilievi topografici), topografici), siamo siamo in in grado grado di di ricavare ricavare l’orientamento l’orientamento assoluto assoluto del del nostro nostro modello modello stereoscopico. stereoscopico. L’orientamento L’orientamento assoluto assoluto ci ci consente consente di di calcolare calcolare le le coordinate coordinate di di un un qualsiasi qualsiasi punto punto di di cui cui misuriamo misuriamo le le coordinate coordinate “lastra” “lastra” (nel (nel modello modello stereoscopico, stereoscopico, ovvero ovvero su su ciascuno ciascuno dei dei due due fotogrammi, fotogrammi, essendo essendo noi noi in in grado grado di di esprimere esprimere le le coordinate coordinate di di un un punto punto in in uno uno qualsiasi qualsiasi dei dei sistemi sistemi di di riferimento). riferimento). C’è C’è da da sottolineare sottolineare che che mentre mentre ii due due sistemi sistemi cartesiani cartesiani locali locali dei dei fotogrammi fotogrammi sono sono bidimensionali, bidimensionali, ilil sistema sistema di di riferimento riferimento che che otteniamo otteniamo dopo dopo l’orientamento l’orientamento relativo, relativo, ed ed aa maggior maggior ragione ragione quello quello ottenuto ottenuto dopo dopo l’orientamento l’orientamento assoluto, assoluto, sono sono tridimensionali. tridimensionali. In In pratica, pratica, dopo dopo l’orientamento l’orientamento assoluto, assoluto, siamo siamo in in grado grado di di ricavare ricavare le le 33 coordinate coordinate terreno terreno di di qualsiasi qualsiasi punto punto rilevabile rilevabile sulle sulle immagini. immagini. Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO II RESTITUTORI RESTITUTORI FOTOGRAMMETRICI FOTOGRAMMETRICI IlIl restitutore restitutore èè quello quello strumento strumento che che consente consente di di ricostruire ricostruire ilil modello modello stereoscopico stereoscopico e, a partire da questo, di digitalizzare le entità entità (oggetti) (oggetti) inquadrate inquadrate nei nei fotogrammi. fotogrammi. Storicamente, Storicamente, aa seconda seconda degli degli strumenti strumenti utilizzati, utilizzati, la la fotogrammetria fotogrammetria ha subito una forte evoluzione e, conseguentemente, conseguentemente, anche anche ilil relativo relativo processo processo di di restituzione, restituzione, dando dando luogo luogo ai ai seguenti seguenti principali principali tipi: tipi: Restituzione Restituzione analogica (anni ’50 e ’60) Restituzione Restituzione analitica (anni ’70 a ’90) (Fotogrammetria analitica) Restituzione automatica (anni 2000) (Fotogrammetria (Fotogrammetria digitale) digitale) Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Restituzione Restituzione analogica analogica IlIl nome nome deriva deriva dal dal fatto fatto che che si si ricorre ricorre ad ad una una analogia analogia tra tra ripresa ripresa ee restituzione. restituzione. Impiega Impiega apparecchi apparecchi ottico-meccanici ottico-meccanici complessi complessi detti detti del del II ee del del IIII ordine ordine (a (a seconda seconda del del livello livello di di precisione) precisione) ee “universali”, “universali”, mediante mediante ii quali quali vengono vengono ricreate ricreate aa scala scala ridotta ridotta le le condizioni condizioni di di presa presa di di una una coppia coppia sterescopica sterescopica ee si si costruisce costruisce un un modello modello ottico ottico tridimensionale tridimensionale del del terreno terreno effettuandone effettuandone la la rappresentazione rappresentazione cartografica. cartografica. Restitutori Restitutori analogici analogici Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Restituzione Restituzione analitica analitica Impiega Impiega strumenti strumenti detti detti comparatori, comparatori, con con ii quali quali si si prendono prendono misure misure sul sul piano piano delle delle lastre lastre fotografiche fotografiche con con la la precisione precisione di di 11 oo 22 millesimi millesimi di di millimetro. millimetro. Con Con tale tale procedimento procedimento ciascun ciascun punto punto considerato considerato viene viene rappresentato, rappresentato, invece invece che che graficamente, graficamente, analiticamente analiticamente ossia ossia mediante mediante le le tre tre coordinate coordinate geometriche geometriche che che ne ne identificano identificano la la collocazione collocazione spaziale. spaziale. II dati dati confluiscono confluiscono in in un un calcolatore calcolatore elettronico elettronico che che lili elabora elabora fornendo fornendo una una restituzione restituzione numerica numerica la la quale, quale, mediante mediante un un plotter, plotter, può può essere essere resa resa anche anche graficamente. graficamente. plotter Restitutori Restitutori analitici analitici Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Restituzione Restituzione automatica e Fotogrammetria Fotogrammetria digitale digitale La La restituzione restituzione automatica automatica viene viene eseguita eseguita mediante mediante un un complesso complesso computerizzato computerizzato di di strumenti strumenti in in grado grado di di assicurare assicurare lo lo svolgimento svolgimento automatico automatico di di tutte tutte le le operazioni operazioni necessarie, necessarie, dalla dalla analisi analisi dei dei fotogrammi fotogrammi sino sino al al tracciamento tracciamento cartografico. cartografico. La La principale principale differenza differenza tra tra la la fotogrammetria fotogrammetria analitica analitica ee la la fotogrammetria fotogrammetria digitale digitale risiede risiede nella nella diversa diversa natura natura del del dato dato primario, primario, le le immagini: immagini: Fotogrammetria Fotogrammetria analitica analitica Î Î immagini immagini fotografiche fotografiche Fotogrammetria Fotogrammetria digitale digitale Î Î immagini immagini digitali digitali Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Differenze fra fra fotogrammetria analitica analitica ee fotogrammetria fotogrammetria digitale digitale Differenze Differenze operative operative In In fotogrammetria fotogrammetria analitica analitica l’operatore l’operatore osserva, osserva, interpreta interpreta l’immagine l’immagine ee ne ne estrae estrae informazioni, informazioni, scegliendo scegliendo ii punti punti necessari necessari alle alle operazioni operazioni di di orientamento orientamento ee di di restituzione, restituzione, ee collimandoli collimandoli ne ne misura misura le le coordinate. coordinate. In In fotogrammetria fotogrammetria digitale digitale ii punti, punti, dati dati in in termini termini di di coordinate coordinate pixel pixel i,j, i,j, possono possono essere essere scelti scelti da da un un operatore, operatore, ma ma l’individuazione l’individuazione dei dei punti punti ee la la collimazione collimazione precisa precisa può può essere essere automatica automatica Differenze Differenze negli negli strumenti strumenti La La differenza differenza nel nel dato dato primario primario comporta comporta una una semplificazione semplificazione degli degli strumenti: strumenti: ilil restitutore restitutore analitico analitico èè una una integrazione integrazione di di stereocomparatore, stereocomparatore, stereoscopio stereoscopio ee h/w h/w s/w s/w necessari necessari per per orientamento orientamento ee restituzione restituzione ilil restitutore restitutore digitale digitale èè principalmente principalmente costituito costituito da da Software Software :: Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO L’immagine L’immagine digitale digitale Immagini Immagini digitali: digitali: ilil contenuto contenuto fotografico fotografico (radiometria) (radiometria) viene viene registrato registrato sotto sotto forma forma di di numeri. numeri. Rappresentazione Rappresentazione RASTER: RASTER: si si divide divide l’immagine l’immagine fotografica fotografica in in elementi elementi di di dimensioni dimensioni finite finite (pixel) (pixel) ee si si associa associa aa ognuno ognuno di di essi essi ilil numero numero che che rappresenta rappresenta la la radiometria radiometria della della porzione porzione di di immagine immagine contenuta. contenuta. Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO Risoluzione Risoluzione dell’immagine digitale Risoluzione Risoluzione geometrica: geometrica: dimensione dimensione del del pixel pixel sul sul terreno terreno Risoluzione Risoluzione radiometrica: radiometrica: numero numero di di bit bit per per pixel pixel Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO APPLICAZIONI DIGITALI Restituzione Restituzione di di modelli modelli 3D 3D ee di di modelli modelli solidi solidi Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO APPLICAZIONI DIGITALI Cartografia Cartografia raster raster Cartografia Cartografia vettoriale vettoriale Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO NUOVE NUOVE TECNOLOGIE TECNOLOGIE APPLICAZIONI DIGITALI Cartografia Cartografia numerica numerica ee database database topografici topografici Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO NUOVE NUOVE TECNOLOGIE TECNOLOGIE APPLICAZIONI DIGITALI DTM DTM (Digital (Digital terrain terrain models), models), DEM DEM (Digital (Digital elevation elevation models) models) DSM DSM (digital (digital surface surface Models): Models): Modelli Modelli digitali digitali del del terreno terreno Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO LA “ORTOFOTO” Se Se la la quota quota di di ogni ogni punto punto èè nota nota attraverso attraverso ilil DTM DTM per per ogni ogni punto punto di di un’immagine un’immagine digitale digitale èè possibile possibile determinare determinare ilil punto punto oggetto oggetto corrispondente corrispondente anche anche disponendo disponendo di di una una sola sola immagine immagine Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO LA “ORTOFOTO” Produzione Produzione di di ortofoto ortofoto Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Processo di restituzione RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO LA “ORTOFOTO” Ortofoto Ortofoto digitale Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Nuove tecnologie RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO NUOVE TECNOLOGIE Camere Camere digitali digitali aeree, aeree, sensori sensori di di nuova nuova generazione generazione Sensori Sensori GPS GPS Algoritmi Algoritmi di di correlazione correlazione automatica automatica delle delle immagini immagini Prof. C. R. Fichera 5. Fotogrammetria - Nuove tecnologie RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO NUOVE TECNOLOGIE II sensori sensori laser laser scanner scanner (anche (anche detti detti laser laser 3D) 3D) sono sono strumenti strumenti che che consentono consentono ilil rilevamento rilevamento di di modelli modelli tridimensionali tridimensionali di di oggetti oggetti aa scale scale ee risoluzioni risoluzioni differenti. differenti. La La caratteristica caratteristica essenziale essenziale della della tecnologia tecnologia “laser-scanning” “laser-scanning” èè quella quella di di permettere permettere l’acquisizione l’acquisizione autonoma autonoma di di milioni milioni di di punti punti 3D 3D in in brevissimo brevissimo tempo. tempo. II sistemi sistemi laser laser aa scansione scansione offrono offrono nuove nuove ed ed interessanti interessanti possibilità possibilità nel nel rilievo rilievo topografico. topografico. Si Si tratta tratta di di dispositivi dispositivi ottico-meccanici ottico-meccanici capaci capaci di di emettere emettere un un impulso impulso elettromagnetico elettromagnetico (laser) (laser) ee di di ricevere ricevere ilil segnale segnale riflesso riflesso dal dal terreno, terreno, misurando misurando l’intervallo l’intervallo di di tempo tempo intercorso intercorso (tempo (tempo di di volo), volo), ee quindi quindi la la distanza distanza tra tra ilil centro centro dello dello strumento strumento ed ed ilil punto punto rilevato. rilevato. Al Al calcolo calcolo del del tempo tempo di di volo volo viene viene associata associata anche anche un un misura misura angolare angolare di di precisione precisione che che permette permette di di collocare collocare ii punti punti in in un un sistema sistema di di riferimento riferimento locale, locale, riferito riferito al al centro centro ottico ottico dello dello strumento. strumento. Per Per ogni ogni misurazione, misurazione, oltre oltre alle alle coordinate coordinate cartesiane cartesiane (x, (x, y, y, z), z), ilil sistema sistema fornisce fornisce l’intensità l’intensità del del segnale segnale di di ritorno ritorno ee definisce definisce la la risposta risposta radiometrica radiometrica della della superficie superficie rilevata. rilevata. Prof. C. R. Fichera
