Relazione fotogrammetria

POLITECNICO DI BARI II FACOLTÀ DI INGEGNERIA SEDE DI TARANTO CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE E PER L'AMBIENTE ED IL TERRITORIO ESAME DI TOPOGRAFIA E GEOMATICA mod. II Relazione fotogrammetria Docenti: Prof. Ing. D. Costantino Prof. ing. M. Angelini Studenti: Annamaria Tappari Antonio Rodio ANNO ACCADEMICO 2012/2013

INDICE 1.Introduzione alla fotogrammetria 1.1 CONCETTO DI BASE DELLA FOTOGRAMMETRIA...pag 2 1.2 CAMERE PER FOTOGRAMMETRIA TERRESTRE...pag 3 1.2.1 Acquisizione diretta...pag 3 1.2.2 Acquisizione indiretta dell'immagine digitale...pag 3 1.3 SCHEMA DI RIPRESA FOTOGRAMMETRICA AEREA E PROGETTO DI VOLO...pag 3 1.4 CENNI SULLA VISIONE STEREOSCOPICA...pag 5 1.5 ORIENTAMENTO DELLE IMMAGINI 1.5.1 Orientamenti interno...pag 6 1.5.2 Orientamento esterno...pag 7 3. Software Photomodeler scanner 2.1 LA BARRA DEGLI STRUMENTI...pag 8 2.2 MODELLAZIONE 3D DI UN PORTALE MEDIANTE L'ULITIZZO DEL SOFTWARE 3.2 PHOTO MODELER SCANNER...pag 9 2.3 CALIBRAZIONE DELLA MACCHINA FOTOGRAFICA...pag 9 2.4 IMPORTAZIONE DELLA IMMAGINI "POINTS - BASED PROJECT"...pag 15 2.5 IDEALIZED PROJECT...pag 16 2.6 REFERENCING MODE E PROCESSING...pag 17 2.7 SCALA - ROTATE...pag 23 2.8 CREATE DENSE SURFACE...pag 23 2.9 CONCLUSIONI...pag 26

1. INTRODUZIONE ALLA FOTOGRAMMETRIA La fotogrammetria è quella tecnica che consente di determinare metricamente la forma, la dimensione e la posizione di un oggetto a partire da due distinte riprese fotografiche, definite fotogrammi, che risultano essere delle proiezioni centrali dell '92oggetto stesso. La fotogrammetria consente la ricostruzione degli oggetti e la determinazione di alcune loro caratteristiche, senza richiedere il contatto fisico con gli stessi; pertanto è definita una tecnica non invasiva e non distruttiva. Costituisce, inoltre, una procedura di rilevamento, prospezione e documentazione delle realtà territoriali, ambientali, urbane ed architettoniche. A seconda della posizione di ripresa delle fotografie, viene fatta una distinzione fra fotogrammetria aerea con riprese effettuate da una piattaforma spaziale aerea (in genere utilizzata per la realizzazione delle carte topografiche) e fotogrammetria terrestre con riprese che vengono effettuate sulla superficie del suolo (utilizzata per rilevare edifici e monumenti). Nella prassi consolidata, inoltre, la fotogrammetria terrestre è suddivisa in: - fotogrammetria dei vicini o Close-Range Photogrammetry quando gli oggetti interessati sono a distanza inferiore a 300 m circa dalla camera da presa; - fotogrammetria dei lontani quando gli oggetti sono situati a distanza maggiore. In particolare, se l'oggetto è il terreno e se le fotografie sono state riprese da un aereo, la fotogrammetria consente: - di ricostruire la forma e le dimensioni della porzione di terreno ripresa, di formare cioè il modello del terreno; -di passare, attraverso la proiezione ortogonale del modello, alla sua rappresentazione cartografica. 1.1 CONCETTO DI BASE DELLA FOTOGRAMMETRIA Per ricostruire la posizione e la forma degli oggetti a partire da fotografie, dobbiamo conoscere le relazioni geometriche in base alle quali si sono formate le immagini. Con sufficiente approssimazione le immagini fotogrammetriche possono essere considerate prospettive centrali dell'oggetto fotografato (una proiezione è definita centrale quando il centro di proiezione C è un punto proprio). Tuttavia da una sola immagine non è possibile dedurre le coordinate dei punti dell'oggetto, mentre utilizzando due immagini dello stesso oggetto, prese da due punti di vista differenti, si utilizzano altri legami geometrici che eliminano l'indeterminazione. Avendo due fotografie che riprendono una stessa scena, il generico punto A, genera la sua immagine A' sulla fotografia 1 e la sua immagine A'' sulla fotografia 2; i raggi r' ed r'' si definiscono raggi omologhi. La proiezione delle intersezioni dei raggi omologhi fornisce la posizione univoca del punto nello spazio. Il concetto di base della fotogrammetria è, pertanto, il poter riprodurre la forma di un oggetto attraverso due sue immagini riprese da punti diversi dello spazio. Le operazioni concernenti l'acquisizione delle immagini, definiscono il momento della presa eseguibile mediante camera da presa fotogrammetrica; l'insieme delle operazioni che portano alla ricostruzione di un modello e alla determinazione delle coordinate dei punti del modello, costituiscono la fase di restituzione. 2

1.2 CAMERE PER FOTOGRAMMETRIA TERRESTRE 1.2.1 Acquisizione diretta Le camere da presa terrestri sono quelle usate per la fotogrammetria dei vicini. La fotogrammetria terrestre trova impiego in differenti settori, dal rilevamento architettonico, al rilevamento di pezzi nel settore meccanico (largo impiego nel settore automobilistico), al settore medico, ecc. In fotogrammetria terrestre, l acquisizione dei fotogrammi avviene di solito attraverso camere professionali catalogabili in tre categorie: - Camere metriche: dotate di obiettivo con aberrazioni trascurabili, appositamente costruite per scopi fotogrammetrici; - camere semimetriche: costruite in origine per scopi non metrici, non tutti i parametri di orientamento interno risultano stabili, l obiettivo ha distorsione non trascurabile ma della quale si conosce la relativa curva di distorsione; sono dotate di reseau di posizione nota, impressionate a contatto con la pellicola all atto di presa; - camere non metriche: utilizzata solo per applicazioni fotogrammetriche di scarsa precisione; la curva di distorsione, assieme ad altri parametri, risulta incognita. Ci occupiamo brevemente delle prime: il formato è minore di quello delle camere aeree, i formati massimi sono 13x18 cm², si usano supporti in poliestere ma anche lastre di vetro, la sensibilità delle pellicole è minore, visto che di solito non vi sono moti relativi tra l'oggetto e la camera. Le camere sono a fuoco fisso, ma questo può essere eventualmente variato con l'uso di anelli calibrati; anche l'obiettivo può essere intercambiato. Queste camere possono essere montate su un cavalletto o su un teodolite. 1.2.2 Acquisizione indiretta dell immagine digitale LO SCANNER Lo strumento utilizzato per l acquisizione delle immagini digitali dei fotogrammi è lo scanner. Esso è dotato di un sensore CCD lineare (o più raramente a matrice), mobile o fisso, in grado di acquisire sia per riflessione sia per trasparenza. Per scopi fotogrammetrici sono solitamente usati scanner piani aventi ottima risoluzione geometrica (almeno di 800 dpi, punti per pollice) al fine di avere come risultato una maggior definizione dell immagine. 1.3 SCHEMA DI RIPRESA FOTOGRAMMETRICA AEREA E PROGETTO DI VOLO L'aereo sorvola il terreno ad una quota relativa H; vengono riprese delle fotografie del terreno in modo che ogni punto del terreno compaia su due fotografie; ciò si ottiene facendo sì che ogni fotografia ricopra al 60% la parte di terreno che compare sulla precedente. Nelle figure L è il lato della zona di terreno (all'incirca quadrata) ripresa sul fotogramma; R è il ricoprimento longitudinale che è uguale al 60% di L; l è il lato del fotogramma (230 mm); f è la focale della camera di ripresa (in genere 150 mm). L'aereo sorvola il terreno eseguendo delle strisciate di fotogrammi secondo lo schema illustrato alla successiva figura 1. L'interasse i tra due strisciate viene scelto in modo che le strisciate si ricoprano per il 20% (r=ricoprimento trasversale) questo sempre per garantire la totale copertura fotografica del terreno da cartografare. Supponiamo che la zona da rilevare sia l'area contornata in figura dalla linea tratteggiata; il percorso dell'aereo sarà quello indicato dalla linea continua; i tratti rettilinei all'interno della zona da rilevare costituiscono gli assi delle strisciate. 3

Figura 1:Strisciate con ricoprimento trasversale e longitudinale Nelle riprese aeree per produzione di cartografie occorre ricordare che le precisioni planimetriche e altimetriche dipendono dalla scala della carta. In particolare, la precisione planimetrica è uguale all'errore di graficismo (0.2 mm) moltiplicato per il fattore di scala della carta (denominatore della scala), mentre l'errore in quota è influenzato da altri fattori. Scala Tipo di carta Ambito Ente s pl s h (m) 1:50000/1:25000 Piccola scala Nazionale IGM 10m/5m.../... 1:10000/1:5000 Media scala Regionale Regione (CTR) 2m/1m 0.9/0.6 1:2000/1:1000 Grande scala Comunale Comune (CTR) 40cm/20cm 0.3/0.2 1:500 Grandissima scala Comunale Centri Storici 10cm 0.1 Nota la scala della carta è possibile determinare la scala (media) del fotogramma attraverso l'interpretazione del seguente grafico: Figura 2:Grafico relativo alla scala del fotogramma 4

Corrispondente alla relazione empirica: con k = 200-300 m b = scala media del fotogramma m c = scala della carta m b =k em c Detta formula cade in difetto per grandi scale, con k=150-70. Figura 3:Schema di volo A causa del ricoprimento longitudinale del 60% e di quello trasversale del 20%, il numero di fotogrammi di una copertura fotogrammetrica è molto superiore a quello che sarebbe necessario per una semplice copertura fotografica. 1.4 CENNI SULLA VISIONE STEREOSCOPICA L utilizzo della visione stereoscopica in fotogrammetria nasce dalla ricerca di una maggiore precisione nella fase di restituzione e dal voler semplificare al massimo la visione dell oggetto all operatore. Quando gli occhi osservano un qualunque oggetto, sulle rispettive retine vengono visualizzate due immagini prospettiche differenti, che vengono elaborate e trasmesse al cervello, tramite i nervi ottici, sotto forma di impulsi di corrente modulati in frequenza. Il cervello umano esegue quindi una sintesi delle due immagini, realizzando la visione stereoscopica binoculare naturale dell oggetto: in altre parole, un unica visione in tre dimensioni. Le due proiezioni di tali immagini sulle retine differiranno di un angolo parallattico g visione. Più il valore di g è grande e più è amplificata la visione tridimensionale dell oggetto. Tuttavia se il valore dell angolo g supera certi limiti la visione stereoscopica non è più 5

garantita, a scapito di uno sdoppiamento dell immagine con l inevitabile perdita della tridimensionalità. Se g tende a diventare iperfocale, non si riesce a valutare se un oggetto si trovi prima o dopo rispetto ad un altro. Figura 4:Visione umana In fotogrammetria, invece, si ottiene una visione stereoscopica artificiale partendo da due fotogrammi scattati da due posizioni spaziali differenti, sui quali si dovranno andare ad individuare i punti omologhi. La visione tridimensionale sarà della parte comune ad entrambi i fotogrammi, definita modello. 1.5 ORIENTAMENTO DELLE IMMAGINI 1.5.1 Orientamento interno L'orientamento interno (O.I.) viene determinato dalla ditta costruttrice della camera. Il risultato di tale operazione consiste nel certificato di calibrazione della camera. Nel caso di camere non metriche, è possibile determinare i parametri di orientamento interno, con minore precisione, anche per mezzo di numerose misure eseguite sull'oggetto. La minore precisione di questo metodo è tuttavia compatibile con la minor precisione attendibile dall'uso di tale tipo di camere. Il certificato di calibrazione di una camera fotogrammetrica fornisce le seguenti informazioni riguardo l'orientamento interno: - coordinate immagine delle marche fiduciali; - parametri di distorsione radiale e tangenziale: - coordinate PPA, PPS e FC; - lunghezza focale c espressa in mm e in pixel; - dimensioni dell'immagine in pixel; - pixel size; - data di calibrazione (in Italia, da molti capitolati tecnici è richiesto un certificato di calibrazione non più vecchio di 2 o 3 anni); 6

- altre informazioni circa i seriali della fotocamera e delle lenti. 1.5.2 Orientamento esterno A questo punto avviene il passaggio dalle coordinate fotogramma (bidimensionali) alle coordinate modello (x,y,z) o a quelle oggetto (X,Y,Z). Per effettuare l'orientamento esterno devono essere individuati una serie di punti omologhi e si deve risalire, attraverso la risoluzione delle equazioni di collinearità, ai parametri di orientamento delle due camere. Le equazioni di collinearità presentano complessivamente 12 parametri incogniti, indispensabili per passare da (u,v) a (X,Y,Z). L'orientamento esterno può essere spezzato in due fasi: - Orientamento relativo (O.R.), durante il quale si calcolano cinque di questi parametri fissando un sistema di riferimento arbitrario; - Orientamento assoluto (O.A.), durante il quale si ricavano gli altri sette parametri, fissando il sistema di riferimento terreno. Un'altra soluzione è quella di risolvere in blocco le 12 incognite per mezzo delle equazioni di collinearità: x = - c y = - c r 11 (X - X0) + r 12 (Y - Y 0 ) + r 13 (Z - Z 0 ) r 31 (X - X0) + r 32 (Y - Y 0 ) + r 33 (Z - Z 0 ) r 21 (X - X0) + r 22 (Y - Y 0 ) + r 23 (Z - Z 0 ) r 31 (X - X0) + r 32 (Y - Y 0 ) + r 33 (Z - Z 0 ) Tale procedura è quella utilizzata comunemente nei programmi di restituzione digitale, quali anche il software PhotoModeler Scanner utilizzato nel presente lavoro. 7

2 SOFTWARE PHOTO MODELER SCANNER PhotoModeler Scanner è un software che consente di ottenere, partendo da due o più fotogrammi digitali distinti, un modello metrico e tridimensionale dell'oggetto ripreso. Tuttavia, a differenza dei comuni restitutori analitici e digitali, non consente di avvalersi della visione stereoscopica per l'elaborazione dell'immagine. Esso è un programma di fotorestituzione che, utilizzando i principi alla base della fotogrammetria, è in grado di fornire un modello tridimensionale dell'oggetto, contenuto all'interno delle immagini fotografiche scattate da angolazioni differenti, mettendo in relazione i punti in comune tra le immagini ricavando, quindi, informazioni sulle dimensioni nello spazio dell'oggetto stesso e traendo quindi dei dati tridimensionali da immagini bidimensionali. Per ricostruire la posizione, la forma e le dimensioni dell'oggetto, il software si avvale di semplici fotografie realizzate con una macchina fotografica digitale, nel nostro caso Kodak easyshare C613, scattate da diverse angolazioni. Il programma crea un modello 3D attraverso relazioni geometriche individuate tra due o più immagini dello stesso oggetto. 2.1 LA BARRA DEGLI STRUMENTI Prima di proseguire con la descrizione delle operazioni effettuate, si ritiene utile analizzare la barra degli strumenti dell interfaccia di PhotoModeler, in modo da comprendere le possibilità di utilizzo del software e gli strumenti principali. Le icone di comando principali sono: - File: permette di aprire e visualizzare i files e il loro salvataggio/caricamento; Figura 5:Barra degli strumenti 8

- 3D Viewer: ricostruisce l immagine dei fotogrammi in modo tridimensionale; - Select Mode: la freccia puntatore consente di selezionare oggetti, operazione necessaria in caso li si voglia cancellare, spostare o modificare; - Point Mode: attraverso questo comando ridisegnano i punti utilizzati per restituire il fotogramma; - DSM Trim Mode: strumento per il tracciamento delle superfici di riempimento; - Process: funzione che attiva la parte di calcolo vera e propria del software, tratta le informazioni inserite e calcola la precisione della restituzione; - Reference Mode: strumento per attribuire ad un punto in un fotogramma il suo omologo nell altro fotogramma; - Dense surface: permette la generazione del modello 3D; 2.2 MODELLAZIONE 3D DI UN UN PORTALE MEDIANTE L'UTILIZZO DEL SOFTWARE PHOTO MODELER SCANNER Il nostro obiettivo è stato quello di realizzare una ricostruzione tridimensionale di una portale di Martina da noi scelto: Figura 6: Portale 2.3 CALIBRAZIONE DELLA MACCHINA FOTOGRAFICA DIGITALE La prima fase è stata quella di calibrare la macchina fotografica digitale con la quale abbiamo scattato le fotografie all'oggetto da noi scelto. La calibrazione della camera è un procedimento atto a fornire al software le informazioni relative allo strumento di ripresa utilizzato e le ottiche prescelte. Tale procedimento è stato facilitato dal software Photomodeler attraverso una procedura guidata, il Camera Calibrator project, che consente all utente attraverso vari passaggi, di effettuare la calibrazione della camera sulla base delle immagini di un reticolo di calibrazione piano fornito col software. La calibrazione avviene utilizzando una griglia di 100 punti stampata su un foglio formato A4 (fig. 6). Agli angoli della griglia sono presenti 4 diversi simboli, impiegati nella procedura di orientamento automatico dei fotogrammi. La griglia dovrà essere piana e priva di asperità. 9

Il file della griglia di calibrazione è stato preso dallo stesso software Photomodeler scanner seguendo il seguente percorso C:\Program Files\PhotoModeler Scanner. Figura 7: Griglia di calibrazione usata dal software photomodeler Durante le operazioni di calibrazione, la camera è stata posta sul treppiede posizionato ad un'altezza da terra pari a 25 cm. Abbiamo posto il foglio sul quale abbiamo stampato la griglia di calibrazione su un supporto rigido di colore bianco, e non direttamente sul pavimento, al fine di evitare che il software, durante il processo di calibrazione, riconoscesse come targets, nelle immagini, punti appartenenti al piano di appoggio piuttosto che alla griglia di calibrazione. Le fotografie sono state scattate in modo da mantenere la medesima distanza tra camera e griglia e in modo che l'inclinazione dell'asse di ripresa restasse di circa 45 rispetto alla normale uscente dal piano. Durante tutte le prese effettuate è stata mantenuta la medesima messa a fuoco. La procedura di calibrazione richiede quattro stazioni di presa, una per ogni lato della griglia; da ciascuna di queste abbiamo realizzato 3 scatti, ruotando la camera di +/- 90 attorno all'asse di ripresa. Al termine dell operazione abbiamo ottenuto le seguenti fotografie: 10

Figura 8: Foto calibrazione In seguito, attraverso il software PhotoModeler Scanner, abbiamo avviato la procedura: Camera Calibration project". Il software riconosce in maniera automatica i punti della griglia, ne determina le coordinate, e ricostruisce il modello tridimensionale delle riprese calcolandone i parametri (distanza focale, coordinate del punto principale Xc e Yc, dimensioni del sensore, coefficienti Ki del polinomio di distorsione radiale). Tutti i risultati del processamento sono stati riportati in modalità file di testo nel Project Status Report, ottenendo un First error pari a 1.336 e un Last Error di 1.336, con una copertura media dei punti per foto dell 81 % maggiore del 80 % (percentuale raccomandata dal software). Figura 9: camera Calibration project 11

Status Report Tree Project Name: *** Project has not yet been saved *** Problems and Suggestions (0) Project Problems (0) Problems related to most recent processing (0) Information from most recent processing Last Processing Attempt: Thu Jan 03 15:35:54 2013 PhotoModeler Version: 6.2.2.596 - final,full Status: successful Processing Options Orientation: off Global Optimization: on Calibration: on (full calibration) Constraints: off Total Error Number of Processing Iterations: 2 Number of Processing Stages: 2 First Error: 1.336 Last Error: 1.336 Precisions / Standard Deviations Camera Calibration Standard Deviations Camera1: KODAK EASYSHARE C613 ZOOM DIGITAL CAMERA [6.00] Focal Length Value: 6.306902 mm Deviation: Focal: 9.4e-004 mm Xp - principal point x Value: 3.051415 mm Deviation: Xp: 0.001 mm Yp - principal point y Value: 2.308751 mm Deviation: Yp: 0.001 mm Fw - format width Value: 6.002074 mm Deviation: Fw: 3.5e-004 mm Fh - format height Value: 4.495787 mm K1 - radial distortion 1 Value: 4.920e-003 Deviation: K1: 1.6e-005 K2 - radial distortion 2 Value: -6.985e-005 Deviation: K2: 1.3e-006 K3 - radial distortion 3 12

Value: 0.000e+000 P1 - decentering distortion 1 Value: -2.898e-005 Deviation: P1: 6.0e-006 P2 - decentering distortion 2 Value: -1.982e-004 Deviation: P2: 6.7e-006 Quality Photographs Total Number: 9 Bad Photos: 0 Weak Photos: 0 OK Photos: 9 Number Oriented: 9 Number with inverse camera flags set: 0 Cameras Camera1: KODAK EASYSHARE C613 ZOOM DIGITAL CAMERA [6.00] Calibration: yes Number of photos using camera: 9 Average Photo Point Coverage: 81% Photo Coverage Number of referenced points outside of the Camera's calibrated coverage: 0 Point Marking Residuals Overall RMS: 0.162 pixels Maximum: 0.695 pixels Point 95 on Photo 1 Minimum: 0.097 pixels Point 51 on Photo 5 Maximum RMS: 0.407 pixels Point 99 Minimum RMS: 0.070 pixels Point 51 Point Tightness Maximum: 0.0007 m Point 87 Minimum: 0.00011 m Point 51 Point Precisions Overall RMS Vector Length: 7.84e-005 m Maximum Vector Length: 0.000164 m Point 94 Minimum Vector Length: 7e-005 m Point 1001 Maximum X: 8.28e-005 m Maximum Y: 9.42e-005 m 13

Maximum Z: 0.000106 m Minimum X: 3.19e-005 m Minimum Y: 3.05e-005 m Minimum Z: 5.29e-005 m 14

2.4 IMPORTAZIONE DELLE IMMAGINI POINTS-BASED PROJECT Una volta eseguita la calibrazione della camera, abbiamo scattato, al portale in esame, 5 foto, di cui alcune frontali e le altre da varie angolazioni, cercando di mantenere visibili il maggior numero di particolari in tutte le foto. Successivamente abbiamo avviato il progetto cliccando "Points-based project" dove abbbiamo caricato le immagini dei nostri portali. Figura 10: Points-based project Figura 11: Portale 15

Successivamente abbiamo avviato il progetto cliccando il comando Points-based project" dove abbiamo caricato le immagini del nostro oggetto. Figura 12: Select photos - points based project 2.5 Idealized project Mediante il comando Idealize Project, sfruttando gli algoritmi di ricampionamento, si processano le immagini per raddrizzarle e contenere le distorsioni radiali. Figura 13: Idealized project 16

Al termine di questo processo abbiamo salvato un nuovo progetto denominandolo idealized project. 2.6 REFERENCING MODE E PROCESSING Attraverso il comando Mark Points Mode sono stati individuati sulla prima foto alcuni punti significativi dell'oggetto; abbiamo scelto i punti sulla prima immagine in modo che fossero visibili anche nelle altre immagini. Successivamente, attraverso il comando Referencing Mode, ad ogni punto sulla prima foto è stato assegnato un punto omologo sulle altre due fotografie. Il numero minimo di punti richiesti dal software è di 7 unità, ma più punti vengono inseriti, minore sarà la percentuale di errore commesso dal software in fase di elaborazione tridimensionale. E' necessario che i punti siano individuati su piani differenti e che non siano allineati. Tramite il comando Process si prosegue con la procedura di processamento dei punti. Al termine del calcolo, si attiva una finestra di dialogo nella quale viene segnalato il margine di errore nella scelta dei punti omologhi nelle diverse immagini. Nella stessa finestra, il software suggerisce informazioni riguardo le procedure che possono migliorare l'elaborazione. Figura 14: Process 17

È preferibile lanciare il comando "Process molto spesso, in modo tale che l'errore commesso nell'individuare i punti nei differenti fotogrammi sia limitato e individuabile facilmente tale da correggerlo in tempo. Tramite il comando Table Window" e successivamente attivando dalla finestra il comando Point table Quality è possibile visualizzare una tabella contenente i punti omologhi con il loro margine d errore. Tutti i risultati del processamento sono stati riportati in modalità file di testo nel Project Status Report, ottenendo un First error pari a 0.205 e un Last Error di 0.205. Figura 15: Processing finished Figura 16: Project Status Report 18

Status Report Tree Project Name: Whit trim.pmr Problems and Suggestions (0) Project Problems (0) Problems related to most recent processing (0) Information from most recent processing Last Processing Attempt: Mon Apr 29 09:03:23 2013 PhotoModeler Version: 6.2.2.596 - final,full Status: successful Processing Options Orientation: off Global Optimization: on Calibration: off Constraints: on Total Error Number of Processing Iterations: 2 Number of Processing Stages: 2 First Error: 0.205 Last Error: 0.205 Precisions / Standard Deviations Photograph Standard Deviations Photo 1: 100_3514_ideal.JPG Omega Value: -0.199424 deg Deviation: Omega: 0.004 deg Correlations over 95.0%: Y:-99.8% Phi Value: 0.098796 deg Deviation: Phi: 0.004 deg Correlations over 95.0%: X:99.8% Kappa Value: -0.132237 deg Deviation: Kappa: 0.002 deg Xc Value: 0.003320 Deviation: X: 1.3e-004 Correlations over 95.0%: Phi:99.8% Yc Value: 0.007394 Deviation: Y: 1.4e-004 Correlations over 95.0%: Omega:-99.8% Zc Value: -0.001873 19

Deviation: Z: 5.6e-005 Photo 2: 100_3515_ideal.JPG Omega Value: 0.628139 deg Deviation: Omega: 0.005 deg Correlations over 95.0%: Y:-99.9% Phi Value: -10.272462 deg Deviation: Phi: 0.004 deg Correlations over 95.0%: X:99.8% Kappa Value: 2.861889 deg Deviation: Kappa: 0.002 deg Xc Value: -0.396587 Deviation: X: 1.6e-004 Correlations over 95.0%: Phi:99.8% Yc Value: -0.037031 Deviation: Y: 1.8e-004 Correlations over 95.0%: Omega:-99.9% Zc Value: -0.107905 Deviation: Z: 3.9e-005 Photo 3: 100_3517_ideal.JPG Omega Value: 0.934275 deg Deviation: Omega: 0.007 deg Correlations over 95.0%: Kappa:95.1%, Y:-99.9% Phi Value: -25.641707 deg Deviation: Phi: 0.007 deg Correlations over 95.0%: X:99.6%, Z:96.6% Kappa Value: 2.572883 deg Deviation: Kappa: 0.003 deg Correlations over 95.0%: Omega:95.1%, Y:-95.4% Xc Value: -1.049241 Deviation: X: 2.4e-004 Correlations over 95.0%: Phi:99.6% Yc Value: -0.056159 Deviation: Y: 2.2e-004 Correlations over 95.0%: Omega:-99.9%, Kappa:-95.4% Zc 20

Value: -0.298019 Deviation: Z: 1.3e-004 Correlations over 95.0%: Phi:96.6% Photo 4: 100_3518_ideal.JPG Omega Value: 0.866028 deg Deviation: Omega: 0.007 deg Correlations over 95.0%: Kappa:95.9%, Y:-99.9% Phi Value: -33.459165 deg Deviation: Phi: 0.008 deg Correlations over 95.0%: X:99.4%, Z:98.6% Kappa Value: 3.360368 deg Deviation: Kappa: 0.004 deg Correlations over 95.0%: Omega:95.9%, Y:-96.1% Xc Value: -1.313798 Deviation: X: 2.3e-004 Correlations over 95.0%: Phi:99.4%, Z:96.4% Yc Value: -0.042342 Deviation: Y: 2.1e-004 Correlations over 95.0%: Omega:-99.9%, Kappa:-96.1% Zc Value: -0.402721 Deviation: Z: 2.0e-004 Correlations over 95.0%: Phi:98.6%, X:96.4% Photo 5: 100_3519_ideal.JPG Omega Value: 1.662013 deg Deviation: Omega: 0.006 deg Correlations over 95.0%: Kappa:95.7%, Y:-99.8% Phi Value: -32.700577 deg Deviation: Phi: 0.008 deg Correlations over 95.0%: X:99.2%, Z:98.9% Kappa Value: 2.869316 deg Deviation: Kappa: 0.004 deg Correlations over 95.0%: Omega:95.7%, Y:-96.1% Xc Value: -1.374826 Deviation: X: 2.0e-004 Correlations over 95.0%: Phi:99.2%, Z:96.4% Yc 21

Value: -0.060151 Deviation: Y: 1.9e-004 Correlations over 95.0%: Omega:-99.8%, Kappa:-96.1% Zc Value: -0.487527 Deviation: Z: 2.0e-004 Correlations over 95.0%: Phi:98.9%, X:96.4% Quality Photographs Total Number: 5 Bad Photos: 0 Weak Photos: 0 OK Photos: 5 Number Oriented: 5 Number with inverse camera flags set: 0 Cameras Camera1: KODAK EASYSHARE C613 ZOOM DIGITAL CAMERA [6.00] Calibration: yes Number of photos using camera: 0 Average Photo Point Coverage: 81% Camera2: KODAK EASYSHARE C613 ZOOM DIGITAL CAMERA [6.00] - Idealized Calibration: yes Number of photos using camera: 5 Average Photo Point Coverage: 81% Photo Coverage Number of referenced points outside of the Camera's calibrated coverage: 0 Point Marking Residuals Overall RMS: 0.242 pixels Maximum: 0.960 pixels Point 21 on Photo 3 Minimum: 0.039 pixels Point 923 on Photo 1 Maximum RMS: 0.642 pixels Point 6 Minimum RMS: 0.030 pixels Point 923 Point Tightness Maximum: 0.34 cm Point 6 Minimum: 0.0033 cm Point 1768 Point Precisions Overall RMS Vector Length: 0.0915 cm Maximum Vector Length: 0.107 cm 22

Point 135 Minimum Vector Length: 0.0717 cm Point 315 Maximum X: 0.0531 cm Maximum Y: 0.0331 cm Maximum Z: 0.0963 cm Minimum X: 0.0242 cm Minimum Y: 0.0212 cm Minimum Z: 0.0541 cm 2.7 SCALE - ROTATE Successivamente l'oggetto è stato scalato utilizzando lo strumento Scale/Rotate andando ad introdurre una lunghezza nota, in questo caso la distanza tra due punti presi sulla prima foto. In questo modo la rappresentazione tridimensionale dell'oggetto viene scalata nel suo intero e diventa suscettibile di misurazione tanto quanto l'oggetto reale. 2.8 CREATE DENSE SURFACE Dal momento che le immagini ritraggono non solo l'oggetto, ma anche una porzione di sfondo, attraverso il comando DSM Trim Mode, sulla prima foto abbiamo delimitato l'area di calcolo selezionando solo l'oggetto. Ciò contribuisce ad accelerare il processo in quanto verrà modellata solo l'area di interesse. Al termine di questa fase abbiamo salvato un ulteriore progetto denominandolo With trim. Figura 17: DSM Trim Mode Dopo aver definito un confine DSM, può essere attivato o disattivato individualmente utilizzando il comando proprietà DSM Trim 23

Figura 18: DSM Trim Da Trim type è possibile impostare il tipo di Trim. Il trim outside boundary esclude i dati immagine all di fuori del confine trim, cioè solo i pixel all'interno della regione considerata sarà utilizzato, mentre "cut hole" esclude i dati immagine all'interno della regione trim. Infine si procede con il comande " Create Dense Surface" con il quale è possibile selezionare coppie di immagini, che abbiamo scelto in ordine di angolazione crescente. Figura 18:Create dence surface Dal 3D Viewer Options con l opzione Display style, abbiamo scelto il tipo di superficie (Fast textures), e abbiamo disattivato RawDSMClouds dall opzione Layers, per eliminare la presenza della nuvola di punti. 24

Figura 19: Risultato finale 25

2.8 Conclusioni Scopo finale di questo progetto è stato quello di riprodurre un modello tridimensionale dell oggetto quanto più fedele all'originale, attraverso l utilizzo di un'immagine frontale e laterali, quest ultime all incirca con la stessa angolazione. L accuratezza nella scelta dei punti in comune è avvenuta in modo tale da prenderli in ogni foto all incirca sullo stesso pixel. Ciò è stato possibile solo dopo svariati tentativi correggendo e riducendo il margine d'errore nell'individuazione dei punti sulle varie foto. Per la realizzazione completa del progetto, sono stati di grande aiuto i tutorial videos visionabili dal sito http://www.photomodeler.com/products/scanner/tutorials.htm e consigliati dai docenti del corso. 26