Costruzioni e Territorio

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1 UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DIPARTIMENTO DI AGRARIA Costruzioni e Territorio C.L.: Tecnologie agrarie A.A Prof. Lorenzo Boccia AGR10 = Costruzioni Rurali e Territorio Agroforestale

2 Fotogrammetria Quando lo scopo della carta è il rilievo del land cover o studi sul land use change o in generale quando per qualsiasi ragione occorrano carte aggiornate su territori estesi, è impossibile servirsi di sistemi di rilievo (stazioni totali, GPS ecc) in quanto i costi sarebbero troppo alti e soprattutto perché i tempi sarebbero incompatibili con la rapida evoluzione del territorio: la carta nascerebbe già vecchia! Occorre quindi ricorrere all uso delle foto aeree (o da satellite).

3 Fotogrammetria terrestre Con gli stessi principi, è possibile ed utilizzata anche la fotogrammetria terrestre, che esula però da questo corso, essendo una tecnica solitamente utilizzata per il rilievo architettonico o nella conservazione dei beni archittetonici

4 Cosa è La fotogrammetria è una tecnica di rilievo che permette l'acquisizione dei dati metrici di un oggetto (forma e posizione) tramite l'acquisizione e l'analisi di immagini fotografiche a prospettiva centrale. Esempio di prospettiva centrale: l immagine riflessa in una finestra

5 La fotogrammetria Il procedimento comporta differenti operazioni di cui la prima è l esecuzione della fotografia dell oggetto da misurare. Aerofotogrammetria analogica Terrestre Aerofotogrammetria digitale (Visibile+infrarosso in continuo

6 Le informazioni metriche contenute nella fotografia vengono estratte ed opportunamente elaborate, per essere messe a disposizione dell utilizzatore nella forma più appropriata per l uso a cui esse sono destinate. L operazione mediante la quale si estraggono dalla fotografia le informazioni relative alle caratteristiche metriche dell oggetto fotografato, prende il nome di restituzione.

7 Restituzione Essa viene eseguita utilizzando speciali apparecchiature denominate strumenti di restituzione o stereorestitutori, apparecchiature molto sofisticate in grado di trasformare l'immagine impressa sulla pellicola in rappresentazioni grafiche a scala nota (carte topografiche).

8 Restituzione Nel 1909 fu presentato uno strumento che affrontava il problema in forma ottico-meccanica dalla Carl Zeiss e ideato da Edoardo von Orel. I modesti mezzi di calcolo di allora impedivano qualunque applicazione, che non fosse attuata per via ottico-meccanica o grafica, infatti furono questi ultimi tipi di restitutori ad essere privilegiati (restitutori analogici).

9 Con l'avvento dei calcolatori elettronici si è assistito ad un ritorno, sempre maggiore, verso il metodo analitico, in quanto i calcolatori possono gestire migliaia di dati contemporaneamente in tempi brevissimi, e allo stesso modo, risolvere sistemi di molte equazioni con iterazioni rapide e sicure, partendo da valori approssimati delle incognite. Attualmente i restitutori sono tutti di tipo analitico, e si avvalgono di sistemi computerizzati, molto sofisticati, per riportare su carta (o altri tipi di supporti) tutte le informazioni racchiuse nelle fotografie.

10 Sistema Zeiss con la tavoletta digitalizzatrice (Anni 80-90)

11 Stereoscopio per visione tridimensionale

12 Sistema attuale (Stereoscopio su monitor LCD) Sui vecchi monitor a tubo catodico si potevano mandare due immagini, una con polarizzazione verticale ed una con polarizzazione orizzontale, e poi con gli occhialini vedere l immagine sfruttando tutto il monitor

13 ORIENTAMNETO INTERNO L'orientamento interno consiste nell'individuare il sistema di riferimento interno di ogni fotogramma, partendo dai dati riportati sul certificato di calibrazione. Esso è determinato da: a) Posizione del punto centrale o punto principale della foto determinato dall'intersezione delle marche fiduciali presenti sulla cornice della lastra fotografica. b) Distanza focale dell'obbiettivo c (Per i vecchi fotogrammi analogici sovente c=150 mm)

14 L esempio è per la terrestre per cui è nota la distanza b e il piano dei fotogrammi coincide. Si tratta di ricostruire l immagine (prodotta secondo la costruzione di fig. 1), con le modalità della fig. 2 B è la distanza tra i punti principali dei fotogrammi. C è la focale Per la similitudine dei triangoli di fig. 2 è: y=c*x/x 1 Ma anche b-x=x 2 *y/c Ricavando x dalla seconda e sostituendolo nella prima, con ovvi passaggi si ottiene y=b*c/(x 1 +x 2 ) (nota: nella figura c ed anche x1 sono negativi da cui y=b*c/(x 1 -x 2 )

15 Principio di restituzione Se y=b*c/(x 1 -x 2 ) dalla x=y*x 1 /c si ottiene la x=b*x 1 /x 1 -x 2 dalla similitudine dei triangoli z/y=z1/c. Sostituendo anche in questa il valore della y si ottiene z=b*z1/(x 1 -x 2 ) Quindi conoscendo la focale b e la distanza tra i due punti principali c, misurando sui fotogrammi x 1,x 2 e z 1 posso conoscere x y e z. Per la fotogrammetria terrestre b la conosco. Per quella aerea solo approssimativamente e devo sfruttare i punti a terra

16 Vecchi sistemi di misura

17 ORIENTAMENTO ESTERNO La figura spaziale (cioè il terreno) va collocata nella corretta posizione rispetto al "mondo" ovvero al sistema d'assi X, Y, Z che si è scelto come riferimento. Vengono così acquisite le coordinate spaziali e i riferimenti a terra per tutti i punti del modello fotogrammetrico. L'orientamento esterno è determinato da: a) Posizione rispetto al "mondo" del centro di vista nell'istante della presa. b) Posizione dell'asse ottico nello stesso istante c) Sbandamento, ossia orientamento della lastra nel suo piano.

18 RESTITUZIONE Il fine del lavoro è la realizzazione di una cartografia di dettaglio o meglio un modello tridimensionale (DEM) che riproduca il territorio rappresentato nelle riprese aeree. La precisione del prodotto finale dipende non solo dal metodo di esecuzione delle fotografie, ma anche da molti altri parametri di "acquisizione primaria". Dipende ad esempio dalle emulsioni adottate e da tutta la fase di trattamento fotografico successiva, fino ad arrivare alla qualità di scansione dello scanner e alla precisione della restituzione Oggi con la fotografia digitale occorre essenzialmente la calibrazione della camera di presa

19 Ripresa

20 Sovrapposizione dei fotogrammi

21 Quota La quota di volo è funzione della scala della foto desiderata e distinguiamo: -Quota relativa -Quota assoluta La quota relativa è la distanza verticale tra la camera ed il terreno La quota assoluta è la distanza tra la camera ed il livello medio del mare Se ad esempio l aereo vola a 2000 m (quota assoluta) e sorvola un terreno con una quota media di 500 m la quota relativa è 1500 m

22 Fotogramma Il negativo ha lato 230 mm

23 La quota è 144 che vuol dire piedi pari a 4390 m slm (1 piede 0 0,3048 m) La focale è 150 mm e la quota slm media è 100 m. La scala approssimativa è il rapporto tra focale e quota relativa: 1/(0,150/( )) ovvero circa 1/ La foto è del alle 13.55

24 Condizioni di ripresa -Assenza di nubi -Assenza di foschia -Assenza di vento forte -Altezza solare superiore a 30 -Evitare i periodi d innevamento -Effettuare i rilievi in estate se si deve riconoscere la vegetazione decidua -Effettuare i rilievi d inverno se si vuole indagare su particolari del territorio che potrebbero essere occultati dalle chiome degli alberi

25 Riferimenti intrinseci -L orientamento interno è la distanza tra il centro dell obbiettivo ed il piano della pellicola (distanza focale dell obbiettivo in genere 150 mm) -Le marche fiduciali sono quattro segni di riferimento che vengono impressi sul fotogramma per individuare il punto principale del fotogramma -Questi elementi consentono di posizionare il fotogramma nel restitutore

26 Scala del fotogramma e distorsione Dal punto di vista geometrico la foto aerea è una proiezione centrale (i raggi ottici passano dal centro dell obbiettivo) Conseguentemente di per se la foto non ha caratteristiche metriche in quanto ha una rappresentazione deformata della superficie

27 Scala del fotogramma La scala dell immagine non è ovviamente unica dipendendo dalla quota relativa. Più l orografia è accidentata più numerose sono le scale presenti nello stesso fotogramma Detta H la quota assoluta di volo e q m la quota media del terreno, se la distanza focale è 150mm la scala media del fotogramma è 1/s essendo : s = (H-qm)/0,150 Non è quindi possibile misurare banalmente con un righello su una foto aerea

28 FOTOGRAMMETRIA DIGITALE L'introduzione del calcolatore ha permesso di passare dalla fotogrammetria analitica a quella analogica risolvendo in tempo reale calcoli che risultavano eccessivamente gravosi, abbattendo i costi e velocizzando le operazioni di restituzione cartografica.

29 Digitale puro L'evoluzione dell'informatica ha portato ad un nuovo tipo di fotogrammetria analitica denominata "digitale puro" dove tutte le operazioni vengono svolte dal software. Attraverso l'ausilio di una apposita strumentazione (schermo polarizzatore e occhiali polarizzati, oppure occhiali attivi), il calcolatore ci consente di osservare entrambe le immagini provenienti dai due occhi e percepire la tridimensionalità dell'oggetto, proprio come accade con un comune stereoscopio. Soprattutto i punti omologhi vengono determinati automaticamente. Il DEM è generato quasi automaticamente. E possibile gestire enormi numeri di mmagini con elevatissima sovrapposizione

30 ORIENTAMENTO DELLE IMMAGINI L'orientamento delle immagini digitali può considerarsi uguale all'orientamento analitico dei fotogrammi tradizionali

31 Software Agisoft Uno dei possibili software per calibrare una camera digitale, mosaicare le immagini ed ottenere la restituzione è Agisoft Photoscan Una presentazione del software è in: tion.pdf Ovviamente esistono altri software equivalenti

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