Aerofotogrammetria 2.3 I PRODOTTI AEROFOTOGRAFICI Dal negativo, impressionato in volo, si possono ottenere diversi prodotti tra cui: stampe a contatto, ingrandimenti, raddrizzamenti, ortofoto e restituzioni cartografiche. I prodotti elencati sono normalmente in uso. Le camere fotogrammetriche digitali e la numerizzazione delle immagini analogiche hanno semplificato le fasi operative, sostituendo le procedure ottico meccaniche con l elaborazione informatica dei dati. 2.3.1 Stampe a contatto. Sono realizzate con il bromografo. Una sorgente, lampadine (fig. 2.3.1 a) o tubo catodico (fig. 2.3.1 b), proietta la luce, attraverso il negativo, su un foglio di carta sensibile. Le zone più scure del negativo originale lasciano passare poca luce, determinando dei toni chiari sulla carta, quelle più chiare consentono alla luce di passare, provocando dei toni scuri. Dopo il trattamento chimico, idoneo al tipo di materiale impiegato, si ottengono copie in bianco e nero, colore o falso colore dello stesso formato del negativo originale. Se la stampa avviene su pellicola trasparente, si ottengono delle diapositive. L operazione non modifica le caratteristiche fisiche del fotogramma, in quanto la carta o la pellicola, su cui vengono stampate, hanno un potere risolutore molto elevato che non altera le caratteristiche geometriche dell immagine: eventuali variazioni di scala, dovute alla non perpendicolarità dell asse ottico della camera in fase di ripresa o alla morfologia del terreno fotografato, non vengono corrette. Le copie vengono utilizzate: dall esecutore del rilievo per il controllo della corretta copertura fotografica ( zone non riprese, presenza di nubi, eventuale funzionamento anomalo della camera), dai fotointerpreti che, con l impiego dello stereoscopio, possono disporre della visione ingrandita e tridimensionale dello stereogramma per analisi particolari del territorio o per l allestimento di carte dell uso del suolo in tutte le sue forme. Figura 2.3.1 a e b Bromografi a) Sorgente a lampadina b) Sorgente a tubo catodico 2.3.2 Ingrandimenti. Sono realizzati con l ingranditore (fig. 2.3.2). Il negativo, illuminato da una sorgente di luce, viene proiettato, da un complesso di lenti, su un piano, dove è posta la carta sensibile. La grandezza della nuova foto dipende dalla distanza tra il complesso ottico ed il piano. Variando la distanza si possono ottenere immagini ingrandite alla scala media desiderata. Anche in questo caso le deformazioni dovute all inclinazione dell asse ottico della camera e alla morfologia del terreno fotografato non vengono eliminate. 24
Capitolo 2.3 Gli ingrandimenti vengono utilizzati per: analisi quantitative del territorio (conteggio di elementi di una o più classi, come ulivi, filari di vigna ecc.), valutazione dell estensione di zone interessate da un determinato fenomeno (allagamenti, incendi, frane ecc), qualsiasi documentazione dove non sia richiesto il rigore metrico della rappresentazione. 2.3.3 Raddrizzamenti Sono realizzati dal raddrizzatore (fig. 2.3.3). Il negativo viene trattato come nell ingranditore con la differenza che il piano su cui viene proiettata l immagine può essere inclinato a piacimento. Individuati sull immagine tre punti di cui si conoscono le reciproche distanze, mediante le loro coordinate, si Figura 2.3.3 Raddrizzatore inclina il piano su cui è proiettata l immagine fino al raggiungimento delle condizioni geometriche volute, ovviamente con un rapporto di scala scelto precedentemente. Questo tipo di operazione corregge le variazioni di scala dovute all inclinazione dell asse ottico della camera, ma non quelle dipendenti dalla morfologia del terreno fotografato, viene perciò praticata solo su immagini relative a terreni pressoché pianeggianti. Le immagini ottenute hanno lo stesso rigore metrico di una carta topografica di pari scala. Per meglio comprendere il funzionamento di un raddrizzatore, basta pensare al quadro formato Figura 2.3.4 a) proiettore di diapositive sullo schermo, o su una parete bianca, dal proiettore di diapositive, usato in aula durante le lezioni. Se l asse ottico del proiettore non è perpendicolare al muro, il quadro proiettato diventa un trapezio. L immagine può essere migliorata modificando la posizione del proiettore oppure inclinando la parete. Il raddrizzatore in sostanza inclina la parete senza danneggiare lo stabile. I raddrizzamenti possono essere utilizzati: in sostituzione o integrazione di carte non aggiornate, per la determinazione di più classi di elementi ed Figura 2.3.4 b) distorsione trapezoidale dell immagine 25
Aerofotogrammetria il loro corretto riporto su carte esistenti (carte con tematismi di vario genere), quando è richiesta la sovrapposizione di altri documenti informativi alla stessa scala, come mappe catastali, piani regolatori comunali, carte tematiche. 2.3.4 Ortoproiezioni (raddrizzamenti differenziali) Figura 2.3.5 Ortoproiettore ottico meccanico Possono essere realizzati con un ortoproiettore ottico meccanico (fig. 2.3.5) o in in forma digitale In tutti e due i casi è indispensabile disporre di diversi punti sul terreno di coordinate note e di un DTM, ovvero di un modello altimetrico del terreno da rappresentare, ottenuto dalla restituzione o correlazione fotogrammetrica di immagini aeree o dalla creazione di una maglia di punti quotati derivata dall interpolazione dei valori delle curve di livello di una carta topografica o da rilievi con Laser Scanning o Radar Altimetrici. In pratica le deformazioni dovute all inclinazione dell asse ottico della camera e quelle determinate dall andamento altimetrico del terreno, vengono corrette mediante il raddrizzamento di aree così piccole da poter essere considerate pianeggianti. Nell ortoproiettore ottico meccanico le immagini, scomposte in piccole aree di pochi millimetri quadrati, vengono ingrandite da uno zoom pilotato dal DTM (la casetta sulla vetta della montagna risultava più grande della casona in fondo alla valle), fatte ruotare da un prisma ( la casetta sulla collina risultava spostata dalle deformazioni provocate dall orografia) e proiettate su materiale sensibile avvolto su un rullo. Nell ortofoto numerica le immagini fotografiche vengono numerizzate da uno scanner con elevate risoluzioni geometrica e radiometrica. I pixel ottenuti, normalmente di 14 0 21 micron di grandezza, subiscono in via informatica pressoché lo stesso trattamento delle piccole aree selezionate dall ortoproiettore ottico meccanico. Se sulle ortofoto vengono stampate informazioni geotopografiche diverse, come le curve di livello o i toponimi, l immagine prende il nome di Ortofotocarta. Per comprendere il funzionamento dell ortoproiezione può essere utile ricorrere ad un esempio: durante un classico picnic si supponga di adagiare su un terreno, spesso accidentato per la presenza di sassi inamovibili, cespuglietti ed avallamenti, una tovaglia di forma quadrata; se si osserva la scena dall alto, si noterà che l ortogonalità del disegno della stoffa risulta alterata dagli elementi sottostanti, in sostanza dal DTM. Per fare tornare le cose a posto, è necessario operare in modo che ogni rombo, trapezio o losanga ritorni ad essere un quadrato. Il modo migliore è quello di annullare la causa delle deformazioni, ossia le asperità del terreno. Si tratta quindi di sollevare la tovaglia e tirarla dai quattro angoli, ristabilendo così le condizioni planimetriche corrette dei vertici dei singoli quadrati. Le ortofoto, caratterizzate da un rigore metrico pari a quello di una carta al tratto di pari scala, possono essere usate in tutte le operazioni di gestione del territorio, come pianificazione, classificazioni quantitative o qualitative degli elementi rappresentati, controlli..ecc. La mancanza del simbolismo, tipico della carta, è compensato dalla completezza delle informazioni che spesso vengono ridotte in fase di restituzione e di disegno. Alcuni esempi: con l ortofoto possiamo stabilire la quantità di automezzi circolanti sulla rete viaria alla data della foto, contare uno per uno tutti gli alberi presenti, anche se isolati, in una determinata area o sapere quale tipo di colture erano presenti nella stagione della ripresa. Le immagini prodotte dalle camere fotogrammetriche digitali possono essere elaborate direttamente 26
Capitolo 2.3 2.3.5 Restituzioni La produzione cartografica, originata dai rilievi aerofotografici, è resa possibile dalla restituzione fotogrammetrica. Con particolari apparati, un tempo ottico - meccanici (analogici), poi elettro - ottico - meccanico - informatici (analitici) (fig. 2.3.6 a) ed ora solo informatici (digitali) (fig. 2.3.6 b), vengono ricostruiti, in modo geometricamente corretto e rappresentati sul piano, tutti gli elementi presenti sulle immagini fotografiche. Nel modello stereoscopico, ottenuto con l osservazione del terreno, ripreso da due punti diversi, viene in un certo senso percorso a ritroso il camino dei singoli raggi che hanno impressionato la pellicola. Il punto A dal terreno fotografato genera rispettivamente A ed A sulle due immagini seguendo due raggi divergenti definiti omologhi. Se da A ed A seguiamo il percorso inverso lungo i due raggi convergenti possiamo individuare A. Ovviamente le due foto debbono essere posizionate nello strumento nella stessa posizione in cui erano al momento dello scatto. Nei restitutore analitici la posizione delle foto è fissa, è il programma che introduce nei calcoli i tre valori relativi alla posizione della camera: rollio, beccheggio e deriva. L angolo di convergenza dei raggi omologhi indica la distanza del punto osservato dalla camera. In pratica anche nella visione umana valutiamo la distanza di un oggetto con l angolo di convergenza dei nostri due assi ottici che hanno un base di circa sei centimetri. Un oggetto vicino determina un angolo maggiore di quello posto più lontano. Se allontaniamo l oggetto, l angolo di convergenza diventa così piccolo che i coni della nostra retina non riescono ad evidenziare la differenza tra le due immagini: la visione da tridimensionale diventa bidimensionale. Nel modello stereoscopico, creato nel restitutore, possiamo percepire il rilievo anche se l oggetto fotografato è molto distante, in quanto la base di osservazione è ampia. E come se osservassimo il terreno dall alto con due occhi distanti tra loro centinaia di metri e a volte chilometri. La creazione corretta del modello stereoscopico avviene in tre fasi: Orientamento interno. La determinazione delle coordinate del centro dell immagine rispetto le marche fiduciali della camera da presa impressionate sui bordi della foto, della lunghezza focale della camera e delle distorsioni ottiche dell obbiettivo. Orientamento relativo. La determinazione della posizione della camera durante la ripresa di un fotogramma rispetto alla posizione della stessa camera durante la ripresa del fotogramma successivo. Orientamento assoluto. Il posizionamento ed il dimensionamento del modello nello spazio cartografico scelto. L operatore allo strumento dispone della marca fluttuante, un puntino sospeso nello spazio la cui altezza, nel modello stereoscopico osservato, è regolabile manualmente. I valori indicati nello spostamento della marca rappresentano le varie quote, la loro differenza, l altezza dell oggetto da disegnare. Se il modello viene spostato in modo che la marca, fissata ad una certa altezza, aderisca sempre al terreno, si ottiene una curva di livello. I movimenti della marca, lungo gli elementi topografici individuati, possono diventare segno grafico mediante un pantografo nella restituzione analogica, mediante un plotter in quelle analitica e digitale (fig. 2.3.6 c). a) Elettro - ottico - meccanico - informatico (analitico) 27
Aerofotogrammetria b) Informatico (digitale) c) Plotter 28