Quindi l’effetto del filtro mediano è di forzare i pixel ad assumere un valore uguale a quello di uno dei pixel circostanti, eliminando così eventuali spike isola ti di intensità, che sono quelli con cui di solito si manifesta il cosiddetto rumore impulsivo( “salt-and-pepper” ). Alla fine del trattamento di equalizzazione e di filtraggio l’immagine è risultata migliorata notevolmente e pronta per una lettura più approfondita.

immagine equalizzata e filtrata.

-Analisi dell’Istogramma dei livelli di grigio.

Un istogramma illustra come i valori dei pixel sono distribuiti in un'immagine e rappresenta il numero di pixel per ogni grado di intensità del colore. Esso può mostrare se un'immagine contiene particolari sufficienti nelle ombre (la parte sinistra dell'istogramma), nei mezzitoni (centro) e nelle luci (destra) per produrre una buona correzione.L'istogramma fornisce inoltre una rappresentazione veloce della gamma tonale, o qualità tonale, dell'immagine. I particolari delle immagini a toni bassi sono concentrati nelle zone d'ombra; quelli delle immagini a toni alti, nelle zone di luce; quelli delle immagini a toni medi, nelle aree dei mezzitoni. Un'immagine con una gamma tonale completa ha un elevato numero di pixel in tutte queste aree.La determinazione della distribuzione o “Istogramma dei livelli di grigio” rappresenta di per se un’elaborazione estremamente utile per conoscere la struttura in ampiezza dell’immagine. Avendo l’immagine in forma campionata si ottiene l’Istogramma, cioè una valutazione di frequenze statistiche che si ottiene contando il numero di volte che un determinato livello di grigio si presenta nell’immagine in esame e dividendo tale numero per il numero totale di dati o pixel dell’immagine stessa.

gli effetti dell’elaborazione grafica ( equalizzazione e filtraggio ) effettuata sull’immagine, è stat o riportato l ’ istogramma di partenza e quello finale . L’immagine originale risul ta essere molto chiara e quindi è facile aspettarsi una distribuzione dei valori tendente verso la parte destra dell’Istogramma.

Istogramma dell’immagine originale

Come precedentemente detto l’immagine originale, durante la prima fase del trattamento, ha subito in un inversione delle tonalità di grigio. L’istogramma del negativo quindi risulterà avere la stessa forma, al contrario, la di stribuzione dei valor i risulterà essere invertita e tendente questa volta verso la parte sinistra dell’istogramma ( zona delle ombre ).

Istogramma del negativo dell’immagine originale

• Dopo il processo di equalizzazione e filtraggio dell’immagine, i valori dei pixel risultano essere ridistribuiti su tutta gamma tonale e la maggior parte di questi concentrati nella zona centrale dell’Istogramma (mezzitoni)

• Questo, infatti, è proprio lo scopo della elaborazione grafica effettuata cioè quello di rendere più accentuato il contrasto tra i vari livelli di grigi in modo tale da rendere più facilmente visibile eventuali oggetti sul fondo ed esaltare le “ombre sonore” che questi producono una volta colpiti dal fascio laterale del Side Scan Sonar.

• Inoltre con l’applicazione del filtro mediano sono stati eliminati eventuali rumori dovuti alla strumentazione di bordo

• Interpretazione dell’Immagine.• Una volta elaborata l’immagine risulta più facile

l’interpretazione di essa. Infatti è possibile ora riconoscere con maggiore precisione gli oggetti sul fondo marino.

• Nella prima parte dell’immagine è possibile notare chiaramente le mura del canale di accesso del “Baianus Lacus” ( 3 – 4 ) scomparso per il bradisismo, ma riconoscibile dai resti antichi sulle sponde.

• Inoltre si vedono distintamente delle strisciate sul fondale provocate dalle ancore delle imbarcazioni ( 2 ) e delle strutture murarie individuate grazie a questa immagine e non presenti in bibliografia ( 7 – 8 ) .

• Infine nella parte iniziale dell’immagine, in una zona molto scura che potremmo definire come una depressione del fondale, si intravede una sagoma che ricorda molto quella di una imbarcazione. Relitto ? ( 1 )

Seconda parte dell’immagine

• Nella seconda parte della immagine sono ben visibili delle praterie di Posidonia ( 5 ).

• Di recente le università di Parma e di Genova in collaborazione con l’ENEA di La Spezia hanno condotto uno studio sull’applicazione del Side Scan Sonar per il rilevamento dei prati di Cymodocea nodosa ( precursore della Posidonia Oceanica ) nella zona costiera-marina tra Chiavari e Sestri Levante.

• Il risultato della ricerca è stato che dall’esame delle immagini del Side Scan Sonar si può affermare che esiste, in linea generale, una certa relazione, benché non perfettamente quantificabile, tra le caratteristiche fenologiche del prato di Cymodocea nodosa e l’intensità del segnale dello strumento, in particolare le densità > di 120 fasci/mq sono chiaramente rilevate sui sonogrammi. Per valori inferiori di densità i segnali appaiono più deboli è difficilmente differenziabili.

• Inoltre in questa parte dell’immagine sono chiaramente visibili le mura collassate di “Villa dei Pisoni” ( 6 ) situata a 150 mt. a sud-est al largo di Punta Epitaffio.

• Seconda parte dell’immagine

Realizzazione di un modello tridimensionale . - Interpretazione delle ombre e calcolo della quota.

“Acoustic Shadow”

Il Sonar a scansione laterale, come è stato precedentemente detto, emette un fascio sonoro verso il fondo marino. Quando il segnale colpisce un oggetto, sia sospeso che adagiato sul fondo, questo torna al ricevitore che registrerà il corpo come massimo riflettente, in pratica l’oggetto risulterà nel sonogramma molto scuro in quanto il segnale acustico è tornato, completamente o quasi, indietro. Ovviamente l’oggetto interrompe il viaggio del segnale acustico verso il fondale formando su questo ultimo zone d’ombra sonora (“acoustic shadow”) (Figura 2.17) cioè zone in cui il segnale non arriva affatto o se arriva non viene restituito al “tow-fish” e quindi sul sonogramma risulteranno essere molto chiare.

Nel Side Scan Sonar, le ombre acustiche possono essere considerate come gli oggetti interpretativi più importanti e sono i parametri fondamentali per una interpretazione tridimensionale del prodotto bidimensionale dello strumento.Il Sonar a scansione laterale viene principalmente usato per fondali non molto profondi quindi la velocità del suono può essere ragionevolmente considerata costante su tutta la colonna d’acqua e quest’ultima completamente omogenea; questo permette al fascio sonoro di essere dritto e quindi le ombre sonore dipenderanno esclusivamente dagli oggetti che li hanno generati.Individuata questa relazione tra gli oggetti e le corrispondenti ombre sonore è facile riuscire a calcolare l’altezza dell’oggetto, cioè l’unico dato per la costruzione di un modello tridimensionale che non si può ottenere dalla semplice interpretazione del sonogramma.

Per quanto riguarda l’immagine presa in esame in questo studio, si deve dire che grazie all’elaborazione effettuata su questa, le ombre acustiche sono ben visibili, inoltre avendo fatto l’inversione della scala del grigio sono rappresentate con valori di grigio molto scuri (praticamente nere) e questo le rende facilmente individuabili perché simili alle ombre (molto più reali ) generate da un fascio luminoso che infrange un oggetto.Per la costruzione di un modello tridimensionale è stato diretta l’attenzione sulla “Villa dei Pisoni” in quanto dotata di mura con una discreta altezza dal fondo e quindi con ombre acustiche facilmente riconoscibili e misurabili. Grazie alla georeferenzazione dell’immagine Side Scan Sonar è stato molto facile misurare la lunghezza delle ombre acustiche della villa, non per niente “l’analisi spaziale” è una della caratteristiche fondamentali dei sistemi GIS. Dalle misure effettuate, la lunghezza dell’ombra sonora generata dalle mura di villa Pisoni è di circa 19 metri, inoltre sappiamo che l’altezza del sensore dal fondo marino è 7.5 metrie che il raggio di copertura laterale è 100 metriQuindi l’altezza della villa risulta essere:

.

La formula che calcola l’altezza di un oggetto è la seguente:

metriR

HLH fs

t 425,1100

5,719

Da alcuni dati bibliografici e da misure in situ l’altezza delle mura di “villa Pisoni” risulta essere intorno a 1.5 metri; quindi si può affermare che il calcolo di sopra può essere ritenuto valido.

Calcolo della lunghezza dell’ombra acustica delle mura di villa Pisoni

Una volta individuata la quota è possibile procedere alla costruzione di un modello tridimensionale dell’oggetto.

Figura 2.41 - Le linee piene rappresentano i risultati ottenuti con una traiettoria retta, mentre quelle tratteggiate rappresentano l’immagine raccolta dal S.S.S. in seguito ad un’accostata in avvicinamento.

Figura 2.42 - Le linee piene rappresentano i risultati ottenuti con una traiettoria retta, mentre quelle tratteggiate rappresentano l’immagine raccolta dal SSS in seguito ad un allontanamento.

Vettorializzazione e realizzazione di un modello 3 –D

La villa di Baia sommersa, identificata poi come quella dei Pisoni, era già conosciuta da fotografie aeree, d'altronde come tutte le altre strutture sommerse costiere. Il padre dell'archeologia subacquea, prof. Nino Lamboglia, la evidenziò e la posizionò, alla fine degli anni '60, a circa 150 mt. a sudest al largo di Punta Epitaffio.La villa, sorta agli inizi del I sec. d.C., ristrutturata nel corso del I e del II sec., si sviluppa intorno ad una corte centrale a pianta rettangolare di mt 95 x 65 circa, orientata con il lato lungo NW-SEdestinata a giardino, mentre tutto il complesso residenziale che contorna la corte con portici, occupa una superficie complessiva di mt. 120 x 160.

L’immagine Side Scan Sonar è un ‘immagine “raster” cioè un immagine costruita attraverso un insieme di cellette, dette pixels ( abbreviazione di picture elements ), similmente aquanto avviene per un mosaico ad opera delle tessere.Per la costruzione di un modello tridimensionale è necessario passare dal formato“raster” al formato “vector”, un formato che si ottiene attraverso l’impiego di vettori, attraverso i quali diventa possibile costruire qualsiasi geometria, anche la più complessa. Questo passaggio da raster a vector e chiamato processo di “vettorializzazione”.I software di gestione ed elaborazione delle immagini permettono vettorializzazioni automatiche; ad esempio il Corel Draw dispone di un software aggiuntivo chiamato“Corel Trace “ che effettua vari tipi di vettorializzazioni automatiche su qualunque file raster.

Per quanto riguarda l’immagine Side Scan Sonar di Baia, la vettorializzazione automatica non è stata molto efficace in quanto il file raster presenta molte variazioni di tonalità di grigio ed il software non è stato in grado di dare i risultati desiderati.Si è passati quindi ad un processo di vettorializzazione “manuale” tramite ARC GIS della ESRI. Il software ARC MAP visualizza il file, raster e vector, con una struttura a strati ( “layers” ) che ha permesso di sovrapporre all’immagine di Baia un file vector e di procedere alla vettorializzazione manuale. Una volta effettuata la vettorializzazione si è potuto procedere alla costruzione di un modello tridimensionale che riproduce in maniera molto semplice ma esplicativa la struttura delle mura di Villa Pisoni.

Modello tridimensionale delle mura di villa di Pisoni

Figura 2.19 - Immagine Side Scan Sonar di una striscia di fondale prospiciente il porto commerciale di Baia con una rotta Nord-Est lunga circa 600 metri e larga circa 200 metri (Figura 2.14). [1] presenza di una depressione nella quale si intravede un relitto emergente dal fondale. [2] ,[3] e [6] strutture murarie non note in bibliografia, la loro posizione sembra indicare un loro utilizzo in un periodo di tempo diverso rispetto alle murature [4] e [5] che costituiscono i muri di accesso al Lacuus Baianus. Sono riconoscibili anche elementi diversi quali “matte di posidonia oceanica” e numerosi solchi prodotti dalle ancore di navi commerciali a quel tempo abilitate all’attracco. La ripresa di questa immagine è durata circa 4 minuti (Giordano,1990).

Relitto.Le dimensioni dell’imbarcazione affondata visibile nella figura sono all’incirca di 40x15 metri. Lo scafo si presenta semicoperto da sabbia e sedimenti, lasciando intravedere il contorno dello stesso, il fasciame e parte delle ordinate in corrispondenza dell’interno prua. La poppa appare arrotondata con una struttura rilevante sovrapposta. Sul lato sinistro dell’imbarcazione si vedono poggiati sul fondale alcuni pali di grandi dimensioni.

Canale di accesso al Lacus Baianus.Dall’immagine si rilevano le due mura di accesso al Lacus Baianus lunghe 230 metri e distanziate di 32 metri. Quella a nord è conservata in tutta la sua estensione, mentre quella a sud è parzialmente scomparsa. Entrambe sono costituite da una serie di blocchi di dimensioni 12x5 metri di malta cementizia con inglobati scheggioni di tufo. Le incisioni visibili tra i blocchi sono dovute all’azione erosiva del mare in corrispondenza delle congiunzioni delle casseformi.

Solchi di ancore.In questa sezione dell’immagine SSS si notano numerosi. Vi è solchi dovuti al trascinamento di ancore delle navi commerciali moderne che fino agli anni novanta attraccavano alla banchina dell’attuale porto. Lasciando il dubbio di gravi danni provocati alle strutture che si trovano nella baia. Da ciò si deduce che il SSS si rivela un utili strumento per il monitoraggio ambientale dei fondali, vedansi anche la successiva tabella.

• La struttura del relitto sembra potersi ricondurre ad una tipologia di imbarcazione in legno di tipo commerciale dato il rapporto lunghezza/larghezza. Ciò che è visibile nell’immagine potrebbe essere la parte superiore dell’opera viva della nave non essendovi nessuna evidenza ne delle sovrastrutture del ponte ne dell’eventuale propulsore meccanico. Quindi si può concludere che il relitto potrebbe avere un’importanza di tipo storico ed archeologico, ci sentiamo di escludere che si tratta di una imbarcazione moderna in ferro. Riteniamo quindi che questo sia un buon esempio di necessità di una indagine diretta da parte di un archeologo subacqueo.

Banchina del Lacus Baianus.Dall’immagine risulta una struttura a gradinata discendente da sinistra verso destra e quindi nella realtà dall’alto verso il basso. Ciò potrebbe essere associato al progressivo innalzamento del livello marino che ha comportato la necessità di sollevare la banchina infingendo nuovi palificate a spalla di quelle preesistenti e colmando con materiale inerte.

Matte di Posidonia Oceanica.Da questa immagine sono visibili alcune matte di Posidonia Oceanica a testimonianza di una discreta qualità ambientale dei fondali di Baia. Anche questa immagine fa ritenere l’utilità del SSS come strumento per il monitoraggio biotico di un fondale.

Mura della Villa dei Pisoni.In questa sezione sono riconoscibili le mura perimetrali della villa Dei Pisoni. In particolare si può notare la deformazione angolare dello spigolo della muratura dovuta ad una variazione di rotta durante l’acquisizione vedasi Figura 2.40. Le mura della villa sono parzialmente crollate fino all’altezza di circa un metro e mezzo dal fondale. I mattoni crollati risultano sparsi sia all’interno della muratura a sacco sia sul fondale. Ai vertici della muratura si intravedono delle colonne e in particolare nella zona superiore si rileva una struttura rettangolare contornata da basi di colonne.