Orientamento interno Per quanto abbiamo fino ad ora appreso, il fotogramma è una prospettiva centrale rigorosa in cui il centro di proiezione si trova a una distanza c dal punto principale. I parametri di questo modello, distanza principale c e le coordinate del punto principale 0, 0 sono detti parametri dell’orientamento interno. Questo modello non corrisponde fedelmente alla realtà. Per ottenere la massima precisione possibile è necessario tener conto degli inevitabili errori introdotti dall’obiettivo, dalla camera fotografica e dal fotogramma stesso. Le camere (fotografiche o digitali) utilizzate in fotogrammetria si possono classificare, nei riguardi dell’orientamento interno, nel seguente modo: camere metriche: orientamento interno noto e costante nel tempo camere semimetriche: orientamento interno noto e variabile nel tempo camere amatoriali: orientamento interno incognito e variabile nel tempo Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica L’ottica geometrica afferma che per ogni sistema ottico esistono due piani principali. Nel caso di sistemi aria-vetro-aria i punti principali coincidono con i punti nodali, per cui teoricamente N è il centro di proiezione nello spazio oggetto e N’ è il centro di proiezione nello spazio immagine. La distanza di messa a fuoco è pari alla somma s + e + s’ Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica L’ottica delle camere metriche è costituita da obiettivi di grande spessore. Le lenti sono realizzate con vetri di caratteristiche diverse per l’eliminazione delle aberrazioni (= differenze di comportamento tra ottica teorica e ottica reale). Il diaframma non è al centro dell’obiettivo, per cui il primo problema consiste nell’individuazione del centro di proiezione. Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica Tutti i raggi che provengono da un punto oggetto passano attraverso il diaframma. E’ l’immagine apparente del diaframma nello spazio oggetto che limita l’effettivo fascio di raggi che formano il punto oggetto. Questa immagine apparente si chiama pupilla di entrata (EP). Ovviamente, nello spazio immagine, possiamo definire una analoga pupilla di uscita (EP’) Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica L’obiettivo fotogrammetrico reale differisce dal modello ideale ora descritto. 1. L’asse ottico non contiene i centri di curvatura di tutte le lenti per cui l’asse di riferimento fotogrammetrico non è l’asse ottico ma un asse calibrato (=standardizzato) perpendicolare, nello spazio oggetto, al piano del fotogramma e passante per il centro della pupilla di ingresso 2. Gli angoli di incidenza dei raggi sono definiti nel centro della pupilla di ingresso che non giace sul piano principale. Quindi gli angoli di rifrazione non sono uguali a quelli incidenti. 3. La distanza principale effettiva non coincide con la distanza principale ottica. 4. Il piano immagine non è perpendicolare all’asse ottico. Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica La conseguenza di tutti questi problemi si manifesta con il fatto che gli angoli ’ nello spazio immagine non sono uguali agli angoli  nello spazio oggetto. Si definisce il centro di prospettiva matematico O’M posto alla distanza c (distanza principale) dal punto principale di autocollimazione PPA e che riproduce gli angoli  più fedelmente possibile. Gli errori residui vengono attribuiti alla distorsione ottica radiale . Ai parametri di orientamento interno prima definiti occorre aggiungere la distorsione ottica radiale, per cui l’equazione dell’orientamento interno di un obbiettivo fotogrammetrico reale è: Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica Le camere fotogrammetriche vengono calibrate in laboratori specializzati con l’aiuto di un goniometro ottico. Questo strumento consente la determinazione delle curve di distorsione ottica radiale lungo una serie preordinata di direzioni. Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica Queste curve solitamente non coincidono. Questa asimmetria può essere ridotta scegliendo un nuovo asse di riferimento PRS detto raggio principale di simmetria il quale passa ancora per il centro della pupilla di entrata ma interseca il piano immagine nel punto PBS (Point of Best Simmetry). Il cambio di asse di riferimento ha le seguenti conseguenze: - 0, 0 sono le coordinate del punto principale rispetto al PBS - Il centro matematico di prospettiva dista c dal PBS - Le distorsioni vengono ricalcolate e riferite al PBS Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica Infine si calcola la variazione di distanza principale in modo da rendere uguali, in valore assoluto, le distorsioni minime e massime (ossia si cerca di portare la curva di distorsione media il più possibile a cavallo dell’asse delle ascisse). I vecchi obiettivi fotogrammetrici (costruiti fino al 1990) presentano distorsioni residue inferiori a 30 m. Nei nuovi obiettivi fotogrammetrici la distorsione residua può essere considerata trascurabile (< 5 m) Distorsione radiale media di un biettivo Wild 21 Nag II Fotogrammetria - Lezione 2

Orientamento interno di una camera metrica Per definire materialmente il sistema di coordinate immagine si utilizzano le marche fiduciali. L’intersezione delle rette passanti per le coppie di marche fiduciali opposte definisce il centro fiduciale FC. La maggior parte delle camere fotogrammetriche sono realizzate in modo che il PPA e il PBS cadano all’interno di un cerchio con centro nell’origine del sistema immagine e raggio < 20 m Ogni camera metrica è dotata di un certificato di calibrazione che riporta: le coordinate immagine delle marche fiduciali le coordinate di PPA, PBS e FC la distanza principale la curva di distorsione media radiale la data della calibrazione Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere metriche aeree Sono destinate a essere montate su un aeroplano. Devono poter essere livellate Devono essere montate su supporti che consentano la correzione della deriva E’ necessario disporre di un sistema di navigazione E’ necessario un regolatore del ricoprimento longitudinale Possono essere dotate di un dispositivo di correzione del trascinamento Devono essere munite di un otturatore centrale L’esposizione delle marche fiduciali (incise sul telaio portafotogrammi) deve essere contemporanea all’apertura dell’otturatore Deve essere dotata di un dispositivo pneumatico di spianamento della pellicola sul telaio Deve essere realizzata con materiali aventi lo stesso coefficiente di dilatazione termica Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere metriche aeree 1.Otto marche fiduciali (numerate) 2.Nona marca fiduciale, asimmetrica 3.Breve nome del lavoro (blocco dati) 4.Data (blocco dati) 5.Ora 6.Numero del fotogramma 7.Matricola della camera (obiettivo) 8.Distanza principale 9.Numero del magazzino (blocco dati) 10.Dati per l'orientamento esterno 11.Ricoprimento 12.Scala fotogramma 13.Livella sferica 14.Altimetro 15.Altimetro di precisione 16.Tempo di posa, diaframma 17.Trascinamento (lunghezza) 18.Scala dei grigi Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere metriche aeree numero progressivo matricola e focale della camera livella sferica marca fiduciale altimetro orologio Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere metriche aeree Sulla botola dell’aereo è montato il supporto livellato automaticamente dal cannocchiale di navigazione (per il controllo della deriva) o mediante giroscopi. Sul supporto viene montata la camera che ruota attorno a un asse perpendicolare al piano di presa. Il controllo del ricoprimento longitudinale è collegato al cannocchiale di navigazione (cinederivometro) Il ciclo di presa è di circa 2 s. Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere metriche aeree Nel cannocchiale di navigazione l’operatore vede: l’inquadratura la livella sferica il punto collimato (centro di presa a terra) una linea centrale per il controllo della deriva una serie di linee che si devono muovere alla stessa velocità apparente dell’aereo Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere metriche aeree Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RC30 (LH System) Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RC30 (LH System) Pianificazione dei voli, navigazione e posizionamento preciso del centro di proiezione. ASCOT (Aerial Survey Control Tool) consente l’introduzione del piano di volo e fornisce al pilota un controllo in tempo reale della posizione dell’aereo e della camera rispetto al progetto del volo. Fornisce in output le coordinate del centro di presa utile nelle successive operazioni di triangolazione fotogrammetrica. Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RC30 (LH System) Sono disponibili tre obiettivi (8.8, 15, 30 cm). Tempi di scatto variabili da 1/100 s a 1/1000 s. Compensatore del trascinamento. Selezione personalizzata delle informazioni da riprodurre su ogni fotogramma. Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea digitale (LH System) Primo esempio commerciale di sistema digitale di acquisizione da aereo. E’ dotato di un sensore lineare di 12.000 pixel. Sono in corso i primi test di affidabilità. E’ completamente integrato con gli accessori della RC30. Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RMK TOP (Zeiss) Obiettivi con focale da 15 cm e 30 cm. Compensatore del trascinamento Selezione personalizzata delle informazioni da registrare sul fotogramma. Tempi di esposizione variabili da 1/50 s a 1/500 s Peso circa 150 kg. Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RMK TOP (Zeiss) Il basamento consente di attutire le vibrazioni causate dal volo e quindi di garantire una migliore qualità delle fotografie Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RMK TOP (Zeiss) E’ possibile controllare il volo mediante il sistema GPS e determinare con precisione la posizione dei centri di ortoproiezione per le successive operazioni di triangolazione fotogrammetrica Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RMK TOP (Zeiss) Fotogrammetria - Lezione 2

Camera aerea RMK TOP (Zeiss) Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere semimetriche Sono essenzialmente utilizzate per prese terrestri. Sono dotate di un obiettivo calibrato montato su un corpo macchina amatoriale. I problemi derivanti dalla non planeità del film e dalle sue possibili deformazioni nel tempo sono recuperati a posteriori utilizzando l’immagine di un reticolo calibrato impressionato nell’istante della presa (reseau). Le coordinate immagine vengono calibrate immagine per immagine. Fotogrammetria - Lezione 2

Fotogrammetria - Lezione 2 Camere amatoriali Sono le comuni camere fotografiche. L’utilizzo delle immagini prodotte da questo tipo di camere richiede una preventiva autocalibrazione di tutti i parametri di orientamento interno ed esterno. Fotogrammetria - Lezione 2