MISURA FOTOGRAMMETRICA DI PUNTI

Presentazione sul tema: "MISURA FOTOGRAMMETRICA DI PUNTI"— Transcript della presentazione:

1 MISURA FOTOGRAMMETRICA DI PUNTI
Scopo essenziale della fotogrammetria è la determinazione delle posizioni di punti oggetto in uno spazio tridimensionale a partire da immagini fotografiche o digitali. La misura di punti in fotogrammetria può fornire risultati di alto livello, in termini di precisione, purché siano rispettate alcune condizioni minimali: per questo la fotogrammetria può competere con altre tecniche di rilievo. Ci sono però alcuni casi in cui solo la fotogrammetria può giungere alla misura della posizione di punti. Le più importanti applicazioni della misura di punti mediante la fotogrammetria sono: misura di punti di legame in triangolazione aerea, misura di punti per la produzione di ortofoto, raffittimento di reti geodetiche, rilievo di punti di confini, rilievi strutturali su edifici e opere d’arte, misura di oggetti artistici e architettonici, ricostruzione di punti e linee a partire da fotografie amatoriali e/o storiche, rilievo di elevati numeri di punti per la definizione di superfici, rilievi in tempi diversi degli stessi punti per il monitoraggio di fenomeni dinamici (alluvioni, frane, dissesti strutturali, ecc.).

2 SELEZIONE, DEFINIZIONE E MISURA DI PUNTI
I punti dei quali occorre determinare la posizione, sovente esistono già sull’oggetto: si parla in questo caso di punti naturali. In alcuni casi i punti dell’oggetto devono essere segnalizzati: si parla in questo caso di punti pre-segnalizzati. In altri casi ancora i punti possono essere segnalizzati solo sulle immagini: si parla di punti artificiali. Anziché procedere ad una loro segnalizzazione sull’immagine, i punti artificiali, possono essere univocamente definiti mediante le coordinate immagine relative.

3 PUNTI NATURALI I punti naturali sono punti già esistenti e chiaramente identificabili sull’oggetto. Nei fotogrammi a piccola scala punti naturali possono essere, ad esempio, spigoli di fabbricati, bordi di campi, centro di alberi isolati, ecc. Nei fotogrammi a grande scala si possono utilizzare piccoli elementi lapidei, bordi di segnaletica orizzontale, ecc. e comunque tutto ciò che ha un buon contrasto con l’immagine circostante. I punti naturali devono essere scelti, per quanto possibile, utilizzando una stereoscopio in modo da assicurare una corretta collimazione stereoscopica durante la fase di misura, la quale avviene sempre dopo la scelta dei punti. Per esempio, uno spigolo di fabbricato può apparire nitido su un fotogramma ma non su quello adiacente; conviene non utilizzare punti quotati sui tetti delle case se il bordo cui appartiene il punto risulta quasi parallelo alla base di presa; le croci (o altri oggetti di sommità) di torri e campanili non devono essere utilizzati, così come si devono evitare punti che risultano in ombra (anche parziale), sui confini di zone alberate o in zone con poche variazioni radiometriche. I punti naturali sono spesso utilizzati come punti di legame tra i fotogrammi di una strisciata o tra strisciate adiacenti per le operazioni di triangolazione aerea. In questi casi può essere conveniente (se il metodo di triangolazione lo consente) considerare punti solo planimetrici e punti solo altimetrici.

4 Non appena è stata perfezionata la scelta del punto, questo viene segnalizzato su una copia su carta del fotogramma e ad esso viene immediatamente associato il codice identificativo. Questo intervento consente una localizzazione approssimata del punto cui deve seguire la produzione di una opportuna monografia che ne consenta una collimazione precisa da parte dell’operatore. 2383/001

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9 PUNTI PRE-SEGNALIZZATI
Vengono utilizzati quando si devono raggiungere elevati gradi di precisione nella misura fotogrammetrica oppure quando non esistono punti di segnalizzazione naturale sull’oggetto. La materializzazione va fatta prima della riprese (!!!). Il diametro minimo del segnale utilizzato dipende dal denominatore della scala del fotogramma e dal contrasto che il segnale ha rispetto all’ambiente circostante. Ad esempio, per scale fotogrammi 1: la dimensione del segnale deve variare da 50 cm a 100 cm, mentre per scale fotogramma 1:4000 il segnale può avere dimensioni variabili da 7 cm a 14 cm. Nella pratica si tende a utilizzare la misura massima dei segnali in quanto questa garantisce la miglior precisione durante l’operazione di misura.

10 L’immagine del segnale sui fotogrammi deve avere una dimensione maggiore rispetto a quella della marca di collimazione. Queste di solito hanno un diametro di circa 20 m, per cui è necessario che l’immagine del segnale sia di almeno 50 m di diametro (la formula proposta rispetta questa condizione). È opportuno che il segnale si trovi adagiato sull’oggetto e non a quota sensibilmente diversa. Per quanto riguarda i colori da dare al segnale, se i fotogrammi sono in bianco e nero, il bianco è quello che fornisce risultati migliori. Se l’ambiente circostante è chiaro, conviene contornare il segnale bianco con una corona nera. Se i fotogrammi sono a colori, i colori dei segnali preferibili sono il bianco, il giallo e il rosso.

11 A volte i punti possono essere presegnalizzati proiettando dei segnali sull’oggetto stesso: questa tecnica è utilizzata nelle applicazioni terrestri. Solitamente si proiettano con lampade molto potenti dei reticoli di vetro sui quali sono incisi dei segnali, oppure (come nel caso in figura) delle diapositive che riproducano un grigliato di punti. Questa tecnica di presegnalizzazione risulta molto utile nelle applicazioni di fotogrammetria digitale per consentire elevati gradi di automatismo per il rilevo di DEM su superfici a radiometria omogenea.

12 PUNTI ARTIFICIALI Sono materializzati eliminando l’emulsione in corrispondenza delle due immagini omologhe del punto desiderato. I punti artificiali così materializzati devono essere scelti in modo da essere contenuti in superfici piane. L’operatore esplorando il modello, individua questi punti grazie alla mancanza di stereoscopia locale. Tale operazione di segnalizzazione avviene mediante strumenti detti PUNTINATORI. In Italia questa tecnica è largamente sconsigliata. Tutti i punti misurati possono essere considerati punti artificiali in quanto di essi si conoscono le coordinate immagine. La loro individuazione precisa è possibile sono utilizzando stereocomparatori muniti di quattro controlli oppure restitutori analitici universali ai quali però, come noto, devono essere fornite le coordinate modello o terreno del punto artificiale.

13 INFLUENZA DELLA RIFRAZIONE ATMOSFERICA
La temperatura, la pressione e l’umidità dell’aria variano lungo un raggio che proviene dall’oggetto: di conseguenza varia anche l’indice di rifrazione. Quindi il raggio luminoso considerato non ha un andamento rettilineo nel tragitto punto oggetto- centro di proiezione della camera Pertanto il punto immagine P’ deve essere corretto di un ulteriore valore Dr per ottenere la posizione dell’immagine corrispondente alla proiezione centrale teorica. Nello spazio immagine, il raggio curvo può essere approssimato con la sua tangente nel centro di proiezione O. Nel caso di fotogrammi pseudo-nadirali, l’angolo Dt fra il raggio e la retta OP vale:

14 Il coefficiente di rifrazione K varia con le condizioni atmosferiche; poiché l’indice di rifrazione cambia con la lunghezza d’onda della luce, esso varia anche con la lunghezza d’onda a cui l’emulsione fotografica è sensibile. Per un’atmosfera standard, costituita da strati paralleli alla superficie di riferimento terrestre e per le lunghezze d’onda registrati da un film pancromatico, il coefficiente di rifrazione può essere calcolato con la seguente espressione: dove Z e Z0 sono le quote sul livello del mare espresse in chilometri. Di solito sono sufficienti valori anche grossolanamente approssimati, validi per l’intera area del rilievo. La correzione radiale Dr da apportare e l’angolo Dt prima determinato sono legati dalla seguente relazione approssimata:

15 Sostituendo il valore Dt trovato, nella precedente espressione, si ricava infine:
Tale correzione si scinde nelle due direzioni del sistema di riferimento interno con le relazioni già viste. Le correzioni sono significative solo alle scale molto piccole e per fotogrammi supergrandangolari e solo in questo caso occorre tenerne conto. Le immagini satellitari non risentono l’effetto della rifrazione in quanto il percorso atmosferico è minimo rispetto all’ìntero percorso del raggio.

16 INFLUENZA DELLA CURVATURA TERRESTRE
La fotogrammetria fornisce coordinate in un sistema cartesiano ortogonale tridimensionale; la posizione dei punti è definita per proiezione ortogonale su ciascuno dei piani coordinati. Ma le quote dei punti terreno nel sistema di riferimento cartografico sono riferite al geoide e le coordinate planimetriche sono più o meno deformate dalla proiezione cartografica utilizzata per la rappresentazione dell’ellissoide sul piano. A rigore quindi non si potrebbero usare le coordinate cartografiche dei punti di appoggio, ma trasformarle in un sistema di riferimento cartesiano locale (terna euleriana). I risultati della restituzione andrebbero infine riportati sul piano della carta con le trasformazioni inverse. Le variazioni planimetriche che questo procedimento rigoroso comporterebbe sono trascurabili, mentre non sempre si può trascurare l’effetto sulle quote. Analizzeremo ora l’entità dell’effetto di curvatura della superficie di riferimento delle quote nell’ipotesi di operare in campo geodetico (sfera locale e in un intorno di circa 15 km del punto centrale del modello).

17 Per tener conto della curvatura terrestre in restituzione si può operare nel seguente modo:
si riducono le quote dei punti di appoggio della quantità: Dove A è la distanza approssimata del punto considerato dal centro del modello. In questo modo le quote vengono riferite al piano tangente alla sfera locale del punto centrale del modello. Le coordinate dei punti oggetto si calcolano in un sistema traslato in Z della quantità DEmax Infine si somma l’opportuna correzione DE a ogni valore calcolato di Z.

18 La correzione può anche essere apportata agendo sulle coordinate immagine, ma il procedimento è più complesso e rischia di appesantire in modo esagerato il ciclo real-time del restitutore. Dalla tabella si evince che è opportuno introdurre la correzione della curvatura terrestre nei seguenti casi: per fotogrammi supergrandangolari con scale fotogrammi inferiori a 1:6000 per fotogrammi grandangolari con scale fotogrammi inferiori a 1:10000 per fotogrammi normali con scale fotogrammi inferiori a 1:20000

19 TECNICHE PER L’ACQUISIZIONE STEREOSCOPICA DEI DATI
Ogni restitutore analitico è dotato, come abbiamo già detto a suo tempo, di una serie di programmi applicativi utili per consentire all’operatore un’agevole a acquisizione dei dati necessari alla formazione della cartografia. Prima di iniziare una qualsiasi operazione di acquisizione di punti l’operatore sceglie uno o più codici che consentono di separare le informazioni metriche in base al contenuto descrittivo espresso dal punto. Questi codici sono definiti dal Repertorio degli elementi e delle entità che costituisce sempre parte integrante di un qualsiasi Capitolato Speciale d’Appalto per la produzione di Cartografia. A ogni entità l’operatore può inoltre sempre associare un colore (nel caso di restituzione di punti e linee) e un simbolo (tipo di linea o simbolo puntuale) per una rappresentazione grafica sul display che consente di controllare il risultato della restituzione. I codici, i tipi di linea e i simboli puntuali sono raccolti in file di inizializzazione preparati dall’operatore prima delle operazioni di restituzione. Secondo alcuni capitolati possono anche non coincidere con quelli finali della cartografia. La conversione avverrà nelle fasi di editing.

20 RESTITUZIONE DI PUNTI ISOLATI
La procedura consiste nella semplice pressione di un pedale che comunica al calcolatore l’ordine di registrazione delle tre coordinate X, Y, Z e del codice selezionato. Il punto non viene solitamente numerato in modo progressivo. Ad eccezione dei fotogrammi a scala molto grande ( > 1:4000) la precisione delle coordinate planimetriche è direttamente proporzionale alla scala dell’immagine. Il tipo di obiettivo utilizzato non influisce in modo sensibile sulla precisione planimetrica. L’errore in quota, invece, dipende dalla distanza tra il punto considerato e il centro di presa o, in alcuni casi, dal quadrato di tale quantità. Errore proporzionale al quadrato della distanza di presa: la base e la camera sono uguali ma varia la distanza di presa

21 Per punti presegnalizzati si possono assumere queste precisioni medie:
Errore linearmente proporzionale alla distanza di presa: rapporto base/distanza e camera sono uguali oppure scala media del fotogramma e camera sono uguali. Per punti presegnalizzati si possono assumere queste precisioni medie: PLANIMETRIA: ± 6 mm ALTIMETRIA: ± 0.06 ‰ della distanza di presa (camere normali e grandangolari) ± 0.,08 ‰ della distanza di presa (camere supergrandangolari) Maggiori precisioni si possono raggiungere correggendo correttamente tutti i sistematismi. Questi valori empirici si possono applicare anche al caso di punti naturali purchè si aggiunga l’incertezza della definizione del punto