DISEGNO dell ARCHITETTURA II

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1 1 DISEGNO dell ARCHITETTURA II Raddrizzamento fotografico Le diapositive costituiscono unicamente una base per lo sviluppo della lezione e, come tali, non sostituiscono in alcun modo i testi consigliati.

2 Il fotoraddrizzamento è la tecnica che ha come obiettivo quello di misurare lunghezze (su uno stesso piano o su piani diversi) ovvero di rilevare quantità metriche da fotografie assegnate. I materiali da cui partire sono foto aeree, terrestri, metriche e non metriche. Le immagini da trattare, possono essere in bianco e nero, 256 colori. Digitale deriva dal fatto che i fotogrammi da cui effettuare le misurazioni devono essere in formato digitale. Questo passaggio, oggi è sostituito dall avvento delle fotocamere digitali, ma permette di operare anche con pellicole tradizionali. 2

3 Il metodo è applicabile con buoni risultati nei casi in cui si hanno distanze di presa limitate a causa di un impedimento architettonico; ci sono oggetti piani come mosaici, affreschi, pavimentazioni, prospetti senza aggetti, per valutare lo stato di conservazione dei manufatti o abusi effettuati su questi. La tecnologia consente l utilizzo di fotocamere non metriche (comuni macchina fotografica) nel caso di utilizzo delle fotocamere metrica (orientamento interno: distanza principale e raggio principale ed esterno) i risultati sono molto accurati. L operazione consiste nel passare da un immagine fotografica in prospettiva ad una in proiezione ortogonale detta fotopiano 3

4 : fotogrammetria La fotogrammetria è l insieme delle procedure che utilizzano immagini fotografiche di un oggetto per ricavarne la posizione, la forma e le dimensioni. Tale operazione viene fatta utilizzando le prospettive fotografiche centrali mediante osservazione stereoscopica. La visione stereoscopica, simula la vista dell occhio umano, che avendo 2 punti di vista è steriescopica. Questo consente, entro certe distanze, di valutare anche la profondità di un oggetto e la sua distanza dell osservatore, oltre alla sua larghezza ed altezza. Sfruttando questo principio, con un restitutore è possibile prendere le misura da due fotogrammi adiacenti. Ripresa aerea per la mappatura del territorio 4

5 Restituzione prospettica La restituzione prospettica è un procedimento di costruzioni geometriche, basato sul metodo della prospettiva. Dall immagine prospettica di un oggetto, si determinano le vere misure e grandezze dell oggetto stesso. Sfruttando queste proprietà, elaborando una fotografia (immagine della realtà in prospettiva) è possibile effettuarne la restituzione prospettica dell oggetto ripreso ottenendo una proiezione ortogonale dello stesso. La fotorestituzione 3D è finalizzata a riprodurre con l'ausilio di fotografie, dei modelli tridimensionali come copie virtuali di manufatti architettonici. Restituzione prospettica da una fotografia 5

6 FASE I: RIPRESA FOTOGRAFICA Operazione proiettiva: assegnato un centro di proiezione proprio e un oggetto si determina una proiezione che comporta una deformazione delle forme e grandezze reali in funzione della distanza del centro stesso di ripresa. La parte dell oggetto più vicina all osservatore ha una maggiore definizione rispetto a quella più lontana. L oggetto ha un suo sistema di riferimento, ma occorre considerare la posizione del piano della pellicola rispetto ad esso che, come visto in altra parte del corso, se non è parallelo all oggetto genera la convergenza delle linee che nella realtà risultano parallele. Al fine di limitare la presenza delle linee cadenti, bisognerebbe avere la lastra fotografica parallela al piano dell oggetto. 6

7 FASE II: CORREZIONE DELLA DISTORSIONE Le foto dell'oggetto da rilevare, eseguite con comuni macchine fotografiche dotate di diversi obbiettivi, anche grandangolari, possono risultare distorte. Questo dipendente dall aberrazione fotografica e può essere a barilotto o a cuscinetto in base alla forma che assume un ipotetico reticolo rettangolare. I software di raddrizzamento fotografico eliminano le distorsioni ottiche proprie degli obiettivi. 7

8 FASE III: definizione delle misure note Individuando le linee di fuga e specificando due misure (orizzontale e verticale), il programma raddrizza e mette in scala la fotografia, eliminando la convergenza delle linee che nella realtà sono parallele, restituendo una immagine rettificata che può essere elaborata con programmi CAD o per la ripresa diretta delle misure, essendo questa una proiezione ortogonale in una scala grafica nota. 8

9 Alcuni software per il raddrizzamento fotografico. DIGICAD 3D Fotogrammetria architettonica e cartografia ALLPLAN PHOTO Software per il rilievo fotografico con foto raddrizzamento e calibrazione su CAD GIOTTO 3 TRACE Applicazione per il raddrizzamento di immagini fotografiche, il fotomosaico e la restituzione grafica IMAGOLD Software per gestione, fotoraddrizzamento e fotocomposizione di immagini per rilievi di facciate o vettorializzazioni anche automatiche PHOTOMETRIC Software di raddrizzamento digitale TRIDMETRIX Software di fotoraddrizzamento 9

10 Un software di rilievo fotografico e fotoraddrizzamento con gli algoritmi di fotogrammetria consente di correggere le deformazioni fotografiche, raddrizzare le immagini, identificare le linee di fuga e calibrare in scala metrica l immagine. Permette, inoltre, di correggere le distorsioni con semplici operazioni sui punti chiave. La calibrazione avviene in modo preciso con l'inserimento di due misure rilevate. Consente di disegnare geometrie bidimensionali che poi saranno esportate verso qualsiasi CAD unitamente all immagine o separatamente. Possono essere esportate con vista raddrizzata o in prospettiva. Un ulteriore dato fornito dal software sono i protocolli di rilievo, esportabili direttamente in formato Excel o Word. Ripresa fotografica Immagine raddrizzata Rilucidatura con l immagine in sottofondo. 10

11 Il software TriDmetriX permette una serie di operazioni mirate alla misura da eseguire sulle fotografie. In particolare grazie al programma è possibile: la correzione della distorsione radiale prodotta dall'obiettivo, per aumentare la precisione delle misure il raddrizzamento d'immagine mediante metodi diversi la mosaicatura, o unione di immagini raddrizzate l'estrazione di segmenti quotati i cui estremi possono non essere sul prospetto dell'oggetto. 11

12 Concetti di fotogrammetria utili all'uso efficace del programma. Le tecniche fotogrammetriche si basano sul modello cosiddetto pin-hole, tale modello concettuale rappresenta uno schema geometrico di sintesi di una fotocamera. Gli elementi caratterizzanti sono: -la lastra: la superficie sulla quale si forma l'immagine; -il centro di proiezione: il punto di dimensioni infinitesime attraverso cui passa la luce proveniente dall'esterno della fotocamera (C.P.), tale punto è il centro dell obbiettivo. -il punto principale: il punto di intersezione tra la lastra ed il raggio luminoso passante per il centro di proiezione perpendicolare alla lastra (P.P.); -la distanza focale: la distanza fra il centro di proiezione ed il punto principale (F). 12

13 Questi pochi elementi permettono di descrivere con regole geometriche la formazione dell'immagine sulla lastra. Va aggiunto che tale modello non tiene conto delle deformazioni prodotte dal pacchetto di lenti della fotocamera. In altre parole la luce proveniente dall'esterno non segue una traiettoria perfettamente rettilinea attraversando le lenti, come invece si suppone immaginando che transiti per un punto di dimensioni infinitesime come il centro di proiezione. Per tale motivo in cascata alla semplice proiezione geometrica si introducono delle funzioni di correzione che tengono conto di questo fenomeno. 13

14 INDICAZIONI SUL METODO DA USARE PER ESEGUIRE FOTOGRAFIE Le immagini sono indipendenti dal programma e quindi di validità generale. La fase di presa deve essere progettata per fornire al committente la qualità e precisione richiesta. Fra le specifiche che vengono richieste al tecnico ci sono la precisione da ottenere o almeno la scala delle rappresentazioni e delle tavole tecniche da presentare. Va tenuto presente che l'errore di graficismo di una tavola stampata è pari a 0.2 mm. Se, ad esempio, la scala della rappresentazione è 1:100 l'errore di graficismo sarà pari a 2 cm. Ne segue che le immagini o le misure dovranno garantire un errore massimo pari a tale quantità. Sulla base di tale dato le prese andranno progettate, noto l'oggetto da misurare ed il contesto in cui è inserito, in funzione della strumentazione fotografica disponibile 14

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16 Installato e lanciato il programma è necessario richiedere una chiave temporanea comunicando il seriale del programma che si trova nel menù HELP.

17 Il software è composto da quattro finestre che permettono la gestione del progetto. Passiamo all'analisi delle finestre. 17

18 Finestra modi di lavoro È la finestra che permette la gestione dei dati del progetto. Raccoglie le schede dei moduli di lavoro. 18

19 FASE 1. CORREZIONE DELLA DISTORSIONE. Permette di eliminare la deformazione prodotta dall'obiettivo di una fotocamera. Può essere usata con un metodo semplificato ad un solo parametro (che elimina circa il 95% della deformazione) oppure fornendo i parametri del certificato camera se si ha a disposizione una fotocamera digitale calibrata (calibrazione secondo standard ISP) La scheda raccoglie gli strumenti per individuare, modificare ed eliminare i polisegmenti, rettilinei nella realtà, che sull'immagine vengono visti deformati. Indicando al sistema alcuni di questi segmenti, fornendo estremo iniziale, intermedio e finale, questo è in grado di stimare il grado di distorsione dell'immagine. Sono sufficienti due segmenti per attivare il calcolo, anche se si raccomanda di individuare un numero di poli-segmenti maggiore ed inoltre di scegliere segmenti lunghi e ben distribuiti su tutta l'immagine. 19

20 FASE 1. CORREZIONE DELLA DISTORSIONE. Permette di eliminare la deformazione prodotta dall'obiettivo di una fotocamera. Può essere usata con un metodo semplificato ad un solo parametro (che elimina circa il 95% della deformazione) oppure fornendo i parametri del certificato camera se si ha a disposizione una fotocamera digitale calibrata (calibrazione secondo standard ISP) La scheda raccoglie gli strumenti per individuare, modificare ed eliminare i polisegmenti, rettilinei nella realtà, che sull'immagine vengono visti deformati. Indicando al sistema alcuni di questi segmenti, fornendo estremo iniziale, intermedio e finale, questo è in grado di stimare il grado di distorsione dell'immagine. Sono sufficienti due segmenti per attivare il calcolo, anche se si raccomanda di individuare un numero di poli-segmenti maggiore ed inoltre di scegliere segmenti lunghi e ben distribuiti su tutta l'immagine. 20

21 Dal menù FILE è possibile caricare l immagine da trattare. 21

22 La prima fase è la correzione della distorsione dovuta all obiettivo. Si tracciano delle linee che nella realtà sono rettilinee, inserendo punto iniziale, secondo punto e punto finale. Con il tasto ALT+ la rotella del mouse è possibile ingrandire la zona per l inserimento del punto. 22

23 Cliccando sul tasto della correzione rapida si ottiene la richiesta del programma di definire la scala della nuova immagine. Si consiglia di lasciare un fattore pari a 1. 23

24 Questa visualizzata è l immagine senza distorsioni. 24

25 FASE 2. RADDRIZZAMENTO CON METODO GEOMETRICO Permette di raccogliere i dati geometrici, ossia segmenti verticali ed orizzontali, necessari al raddrizzamento e al passaggio al modo di restituzione, per l'estrazione di segmenti 3D quotati. Si tratta di inserire dei segmenti sull immagine ricalcando gli spigoli della struttura in modo prestabilito: Orizzontale da sinistra verso destra; Orizzontale avanti verso dietro; Verticale. Maggiore è il numero di questi segmenti migliore sarà la resa del raddrizzamento. Il minimo numero necessario è di due segmenti per tipologia. 25

26 FASE 2. RADDRIZZAMENTO CON METODO GEOMETRICO I segmenti prescelti sono indicati con colori diversi. g_mongiello poliba dis_arch_ii Quindi non resta che effettuare il calcolo dei punti di fuga. Se avrò assegnato tre tipi di linee potrò effettuare il calcolo con 3 punti di fuga. 26

27 FASE 2. RADDRIZZAMENTO CON METODO GEOMETRICO Effettuato il calcolo saranno attivi i tasti sulla barra degli strumenti per il raddrizzamento. Il programma chiederà di definire lo spazio sull immagine da raddrizzare ed effettuerà il raddrizzamento della zona designata. 27

28 FASE 3. ESPORTARE LIMMAGINE IN SCALA Sarà possibile esportare l immagine in scala dall ultimo pannello, inserendo almeno una misura nota, potrò esportare in.dxf e caricarla in autocad per la rilucidatura completa. 28

29 Con successivi raddrizzamenti sarà possibile eseguire il fotomosaico per ottenere l intero prospetto in scala da rilucidare. Permette di unire due immagini raddrizzate specificando un minimo di due punti in comune. Se sono stati collimati punti in comune la mosaicatura verrà eseguita sfruttando tali vincoli anche in presenza di immagini georeferenziate. Questa modalità di lavoro è indipendente dagli altri moduli; le immagini da unire possono avere qualsiasi origine e scala. 29