RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO -...

Prof. C. R. FicheraProf. C. R. Fichera

RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO

RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO

Corsi di Laurea in:- Gestione tecnica del territorio agroforestale e Sviluppo rurale - Scienze forestali e ambientali- Costruzioni rurali e Topografia


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5. Fotogrammetria5. Fotogrammetria - Generalità- Generalità

FOTOGRAMMETRIAFOTOGRAMMETRIA


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TRA I VARI METODI DI RILIEVO IN USO LA FOTOGRAMMETRIA, AFFERMATASI NELL’ULTIMO CINQUANTENNIO, RAPPRESENTA IL METODO PIÙ COMPLETO E PRECISO, A PARITÀ DI COSTI E RAPIDITÀ, RISPETTO AD ALTRI METODI DI RILEVO DEL TERRITORIO.

LA FOTOGRAMMETRIA, CHE OPERA SENZA DIRETTO CONTATTO CON L’OGGETTO DA RAPPRESENTARE, UTILIZZA IMMAGINI FOTOGRAFICHE DELL’OGGETTO PER EFFETTUARNE IL RILIEVO.

LA FOTOGRAMMETRIA SI È AFFERMATA PERCHÉ CONSENTE DI RILEVARE GLI OGGETTI NELLA LORO CONTINUITÀ SPAZIALE, CONSENTENDO DI RIDURRE I TEMPI DEL RILIEVO RISPETTO AL RILIEVO CONDOTTO CON METODI E STRUMENTI CLASSICI.

TRA I VARI METODI DI RILIEVO IN USO LA FOTOGRAMMETRIA, AFFERMATASI NELL’ULTIMO CINQUANTENNIO, RAPPRESENTA IL METODO PIÙ COMPLETO E PRECISO, A PARITÀ DI COSTI E RAPIDITÀ, RISPETTO AD ALTRI METODI DI RILEVO DEL TERRITORIO.

LA FOTOGRAMMETRIA, CHE OPERA SENZA DIRETTO CONTATTO CON L’OGGETTO DA RAPPRESENTARE, UTILIZZA IMMAGINI FOTOGRAFICHE DELL’OGGETTO PER EFFETTUARNE IL RILIEVO.

LA FOTOGRAMMETRIA SI È AFFERMATA PERCHÉ CONSENTE DI RILEVARE GLI OGGETTI NELLA LORO CONTINUITÀ SPAZIALE, CONSENTENDO DI RIDURRE I TEMPI DEL RILIEVO RISPETTO AL RILIEVO CONDOTTO CON METODI E STRUMENTI CLASSICI.

INTRODUZIONE ALLA FOTOGRAMMETRIAINTRODUZIONE ALLA FOTOGRAMMETRIAINTRODUZIONE ALLA FOTOGRAMMETRIA


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LA FOTOGRAMMETRIA SFRUTTA IL PRINCIPO DELLA VISIONE STERESCOPICA, OVVERO LA VISIONE DELL’OGGETTO DA

RAPPRESENTARE DA DUE DIVERSI PUNTI DI VISTA. UTILIZZANDO DUE PROSPETTIVE CENTRALI DI UN MEDESIMO OGGETTO DA DUE DISTINTI CENTRI DI PROIEZIONE (COSÌ COME AVVIENE PER LA VISIONE UMANA), RICAVATE AD ESEMPIO DA DUE FOTO DELL’OGGETTO, È POSSIBILE TROVARE LA POSIZIONE SPAZIALE DELL’OGGETTO MEDESIMO.

LA FOTOGRAMMETRIA SFRUTTA IL PRINCIPO DELLA VISIONE STERESCOPICA, OVVERO LA VISIONE DELL’OGGETTO DA

RAPPRESENTARE DA DUE DIVERSI PUNTI DI VISTA.UTILIZZANDO DUE PROSPETTIVE CENTRALI DI UN MEDESIMO OGGETTO DA DUE DISTINTI CENTRI DI PROIEZIONE (COSÌ COME AVVIENE PER LA VISIONE UMANA), RICAVATE AD ESEMPIO DA DUE FOTO DELL’OGGETTO, È POSSIBILE TROVARE LA POSIZIONE SPAZIALE DELL’OGGETTO MEDESIMO.

LA VISIONE STEREOSCOPICALA VISIONE STEREOSCOPICA


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Utilizzando due prospettive centrali di uno stesso punto oggetto, è possibile ricostruirne la posizione spaziale

Utilizzando due prospettive centrali di uno stesso punto oggetto, è possibile ricostruirne la posizione spaziale

PRINCIPI GEOMETRICI DELLA VISIONE STREOSCOPICAIntersezione spaziale = stereoscopia

PRINCIPI GEOMETRICI DELLA VISIONE STREOSCOPICAIntersezione spaziale = stereoscopia

oggetto

prospettiva

centrale


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IL CONCETTO PIÙ INTERESSANTE DELLA VISIONE STERESCOPICA È COSTITUITO DALLA DISEGUAGLIANZA ESISTENTE TRA LE IMMAGINI ELABORATE DAI DUE PUNTI DI VISTA, CHE DETERMINA IL FENOMENO DELLA SENSAZIONE SPAZIALE TRIDIMENSIONALE, LEGATO SIA ALLA DISTANZA DEI PUNTI DI VISTA DALL’OGGETTO SIA ALLA DISTANZA ESISTENTE FRA GLI STESSI PUNTI DI VISTA (DISTANZA INTERPUPILLARE). TALE FENOMENO DELLA TRIDIMENSIONALITÀ RISULTA EVIDENTE PER OGGETTI POSTI A BREVE DISTANZA DAI PUNTI DI OSSERVAZIONE E TENDE AD ANNULLARSI CON IL CRESCERE DELLA DISTANZA; CIÒ IN QUANTO TENDE A DIMINUIRE PROGRESSIVAMENTE CON LA DISTANZA LA DIFFERENZA DEGLI ANGOLI (PARALLASSE STEREOSCOPICA ANGOLARE) SOTTO I QUALI UN OGGETTO VIENE VISTO RISPETTIVAMENTE DAI DUE PUNTI DI VISTA.

IL CONCETTO PIÙ INTERESSANTE DELLA VISIONE STERESCOPICA È COSTITUITO DALLA DISEGUAGLIANZA ESISTENTE TRA LE IMMAGINI ELABORATE DAI DUE PUNTI DI VISTA, CHE DETERMINA IL FENOMENO DELLA SENSAZIONE SPAZIALE TRIDIMENSIONALE, LEGATO SIA ALLA DISTANZA DEI PUNTI DI VISTA DALL’OGGETTO SIA ALLA DISTANZA ESISTENTE FRA GLI STESSI PUNTI DI VISTA (DISTANZA INTERPUPILLARE).TALE FENOMENO DELLA TRIDIMENSIONALITÀ RISULTA EVIDENTE PER OGGETTI POSTI A BREVE DISTANZA DAI PUNTI DI OSSERVAZIONE E TENDE AD ANNULLARSI CON IL CRESCERE DELLA DISTANZA; CIÒ IN QUANTO TENDE A DIMINUIRE PROGRESSIVAMENTE CON LA DISTANZA LA DIFFERENZA DEGLI ANGOLI (PARALLASSE STEREOSCOPICA ANGOLARE) SOTTO I QUALI UN OGGETTO VIENE VISTO RISPETTIVAMENTE DAI DUE PUNTI DI VISTA.


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La visione stereoscopica naturale si basa sulla parallasse stereoscopica angolare (g) e sulla corrispondente parallasse stereoscopica lineare (px ).

La parallasse lineare px è la differenza tra i segmenti x1 e x2 intercettati dalle due visuali sul piano della visione distinta e relativa al punto P.

La capacità di percepire la 3a dimensione è legata all’angolo g.

La visione stereoscopica naturale si basa sulla parallasse stereoscopica angolare (g) e sulla corrispondente parallasse stereoscopica lineare (px ).

La parallasse lineare px è la differenza tra i segmenti x1 e x2 intercettati dalle due visuali sul piano della visione distinta e relativa al punto P.

La capacità di percepire la 3a dimensione è legata all’angolo g.


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La diversa distanza tra due punti A e B dall’osservatore è valutata in funzione della differenza dell’angolo di parallasse stereoscopica angolare (ga – gb ).

Ponendo l’oggetto a distanze via via maggiori, la capacità di stima della distanza dell’oggetto decade con legge quadratica della distanza (in quanto diminuisce la differenza ga – gb ).

La diversa distanza tra due punti A e B dall’osservatore è valutata in funzione della differenza dell’angolo di parallasse stereoscopica angolare (ga – gb ).

Ponendo l’oggetto a distanze via via maggiori, la capacità di stima della distanza dell’oggetto decade con legge quadratica della distanza (in quanto diminuisce la differenza ga – gb ).

distanza interpupillare


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PER POTERE NUOVAMENTE AUMENTARE, ANCHE A DISMISURA, IL CONCETTO DI PROFONDITÀ DELLO SPAZIO, OLTRE IL LIMITE NATURALE DELLA VISIONE UMANA, SI AUMENTA LA DISTANZA INTEPUPILLARE (d.i.), CIOÈ LA DISTANZA ESISTENTE FRA I DUE PUNTI DI VISTA

PER POTERE NUOVAMENTE AUMENTARE, ANCHE A DISMISURA, IL CONCETTO DI PROFONDITÀ DELLO SPAZIO, OLTRE IL LIMITE NATURALE DELLA VISIONE UMANA, SI AUMENTA LA DISTANZA INTEPUPILLARE (d.i.), CIOÈ LA DISTANZA ESISTENTE FRA I DUE PUNTI DI VISTA

effetto dell’aumento della distanza interpupillare e conseguente aumento del concetto di profondità

(ga – gb)

effetto

profondità

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Da un punto di vista topografico della rappresentazione, la fotogrammetria serve a passare da prospettive centrali (rappresentazione legata alle immagini fotografiche) a proiezioni ortogonali

Da un punto di vista topografico della rappresentazione, la fotogrammetria serve a passare da prospettive centrali (rappresentazione legata alle immagini fotografiche) a proiezioni ortogonali

IN FOTOGRAMMETRIA:

•

Si misurano coordinate 2D

di un punto P sulle immagini fotografiche

•

Si ottengono coordinate 3D

di quel

punto, Xp

, YP

, Zp

IN FOTOGRAMMETRIA:

•

Si misurano coordinate 2D

di un punto P sulle immagini fotografiche

•

Si ottengono coordinate 3D

di quel punto, Xp

, YP

, Zp


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•

PRESA:

Acquisizione delle immagini (fotografiche o digitali) con opportune camere

•

ORIENTAMENTO:

Determinazione dei parametri

della trasformazione da 2D a 3D •

RESTITUZIONE:

Determinazione delle coordinate

di molti punti per la ricostruzione dell’oggetto o per il tracciamento della carta

•

PRESA:

Acquisizione delle immagini (fotografiche o digitali) con opportune camere

•

ORIENTAMENTO:

Determinazione dei parametri della trasformazione da 2D a 3D

•

RESTITUZIONE:

Determinazione delle coordinate di molti punti per la ricostruzione dell’oggetto o per il tracciamento della carta

FASI PRINCIPALI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO

FASI PRINCIPALI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO


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► FOTOGRAMMETRIA

TERRESTRE (close-range photogrammetry)

► FOTOGRAMMETRIA

AEREA O

AEROFOTOGRAMMETRIA (da aereo o da satellite)

►►


TERRESTRETERRESTRE ((closeclose--rangerange photogrammetryphotogrammetry))

►►


AEREA O AEREA O AEROFOTOGRAMMETRIAAEROFOTOGRAMMETRIA

(da aereo o da satellite)(da aereo o da satellite)

LA FOTOGRAMMETRIA PUÒ ESSERE SUDDIVISA,

A SECONDA DELL’UTILIZZO, IN:

LA FOTOGRAMMETRIA PUÒ ESSERE SUDDIVISA,

A SECONDA DELL’UTILIZZO, IN:


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5. Fotogrammetria5. Fotogrammetria terrestreterrestre

Questa metodologia viene identificata come fotogrammetria dei vicini o close-range photogrammetry, quando gli oggetti interessati risultano situati ad una distanza inferiore a 300 m circa dalla camera da presa fotogrammetrica (il limite dei 300 m costituisce anche la delimitazione della quota di sicurezza per le riprese da aereo)

Questa metodologia viene identificata come fotogrammetria dei vicini o close-range photogrammetry, quando gli oggetti interessati risultano situati ad una distanza inferiore a 300 m circa dalla camera da presa fotogrammetrica (il limite dei 300 m costituisce anche la delimitazione della quota di sicurezza per le riprese da aereo)

Trova applicazioni oltre che per i rilievi architettonici anche nella descrizione di fenomeni di smottamento del terreno, di frane o a livello industriale nello studio delle deformazioni di provini sottoposti a sollecitazioni indotte a titolo sperimentale, ecc.

Trova applicazioni oltre che per i rilievi architettonici anche nella descrizione di fenomeni di smottamento del terreno, di frane o a livello industriale nello studio delle deformazioni di provini sottoposti a sollecitazioni indotte a titolo sperimentale, ecc.

Fotogrammetria terrestreFotogrammetria terrestre


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1. Fotocamera metrica Wild P31 2. Fotocamere metriche Zeiss SMK 3. Fotocamera metrica digitale Rollei DB 44

Nella fotogrammetria terrestre, per l’acquisizione delle immagini dell’oggetto da documentare, si impiega generalmente una coppia di fotocamere speciali (camere metriche)

Nella fotogrammetria terrestre, per l’acquisizione delle immagini dell’oggetto da documentare, si impiega generalmente una coppia di fotocamere speciali (camere metriche)


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ESEMPI DI FOTOCAMERE TERRESTRIESEMPI DI FOTOCAMERE TERRESTRI


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5. Fotogrammetria5. Fotogrammetria aerea ( aerofotogrammetria )aerea ( aerofotogrammetria )

La fotogrammetria aerea si fonda sulla stesso principio della parziale sovrapposizione delle immagini fotografiche che è proprio della stereoscopia. Differiscono ovviamente le modalità operative della acquisizione: si usano camere metriche di tipo diverso, montate su aeromobili.

La fotogrammetria aerea si fonda sulla stesso principio della parziale sovrapposizione delle immagini fotografiche che è proprio della stereoscopia. Differiscono ovviamente le modalità operative della acquisizione: si usano camere metriche di tipo diverso, montate su aeromobili.

Fotogrammetria aerea o AerofotogrammetriaFotogrammetria aerea o Aerofotogrammetria

Impieghi della fotogrammetria aereaImpieghi della fotogrammetria aerea

La fotogrammetria aerea serve per produrre cartografia di qualsiasi tipo, da quelle generali a scala piccola, a quelle a scala media fino alle carte tecniche a grande scala. Il tipo di prodotto realizzabile dipende da molteplici fattori, tra cui la quota di volo ed il tipo di camera utilizzata.

La fotogrammetria aerea serve per produrre cartografia di qualsiasi tipo, da quelle generali a scala piccola, a quelle a scala media fino alle carte tecniche a grande scala.Il tipo di prodotto realizzabile dipende da molteplici fattori, tra cui la quota di volo ed il tipo di camera utilizzata.


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consente di rilevare oggetti senza avere contatto fisico con l'oggetto (in tal senso è un tipo di telerilevamento)

è un rilievo simultaneo di molti punti (gran quantità di informazioni)

le misure vengono eseguite a posteriori, in una fase successiva al rilievo e quindi possono essere ripetute, modificate, controllate

Rispetto al rilievo diretto per produrre cartografia, risulta avere caratteristiche di: - maggiore produttività (soprattutto per grandi estensione e scale medio- piccole) - rapidità- economicità (grazie all’alta produttività)- uniformità di precisione

consente di rilevare oggetti senza avere contatto fisico con l'oggetto (in tal senso è un tipo di telerilevamento)

è un rilievo simultaneo di molti punti (gran quantità di informazioni)

le misure vengono eseguite a posteriori, in una fase successiva al rilievo e quindi possono essere ripetute, modificate, controllate

Rispetto al rilievo diretto per produrre cartografia, risulta avere caratteristiche di:- maggiore produttività (soprattutto per grandi estensione e scale medio- piccole)- rapidità- economicità (grazie all’alta produttività)- uniformità di precisione

VANTAGGI DEL PROCEDIMENTO FOTOGRAMMETRICORISPETTO AL RILIEVO DIRETTO DEL TERRITORIO

VANTAGGI DEL PROCEDIMENTO FOTOGRAMMETRICORISPETTO AL RILIEVO DIRETTO DEL TERRITORIO


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Nella fotogrammetria aerea si impiegano camere metriche di tipo diverso montate su aeromobili. Il territorio è ripreso con sequenze di fotogrammi (chiamate strisciate o strip), scattati automaticamente a intervalli regolari - mantenendo velocità di volo uniforme lungo traiettorie rettilinee e a quota costante (per ragioni di sicurezza non inferiore ai trecento metri dal suolo) - utilizzati a coppie e tali che ciascun fotogramma si sovrapponga per circa il 60% con quelli adiacenti (sovrapposizione longitudinale o overlap) e ciascuna strisciata si sovrapponga per il circa 15% con quelle adiacenti (sovrapposizione laterale o sidelap).

Nella fotogrammetria aerea si impiegano camere metriche di tipo diverso montate su aeromobili. Il territorio è ripreso con sequenze di fotogrammi (chiamate strisciate o strip), scattati automaticamente a intervalli regolari - mantenendo velocità di volo uniforme lungo traiettorie rettilinee e a quota costante (per ragioni di sicurezza non inferiore ai trecento metri dal suolo) - utilizzati a coppie e tali che ciascun fotogramma si sovrapponga per circa il 60% con quelli adiacenti (sovrapposizione longitudinale o overlap) e ciascuna strisciata si sovrapponga per il circa 15% con quelle adiacenti (sovrapposizione laterale o sidelap).

Fotogrammetria aerea o AerofotogrammetriaFotogrammetria aerea o Aerofotogrammetria


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rotta dell’aereo o linea di volo

strisciata aerofotogrammetrica

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sovrapposizione (ricoprimento) trasversale r (sidelap)

sovrapposizione (ricoprimento) trasversale r (sidelap)

sovrapposizione (ricoprimento) longitudinale R (overlap)

sovrapposizione (ricoprimento) longitudinale R (overlap)

H = quota di volo f = focale dell’obiettivo della camera di presa R = overlap; r = sidelap L = lato del quadrato di territorio inquadrato l = lato del quadrato della pellicola fotografica (23 cm)


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Per la ricostruzione completa del territorio occorrono molti fotogrammi parzialmente sovrapposti, che determineranno il cosiddetto piano di volo

Per la ricostruzione completa del territorio occorrono molti fotogrammi parzialmente sovrapposti, che determineranno il cosiddetto piano di volo

Piano di voloPiano di volo


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Ciascun fotogramma riporta, oltre ai codici identificativi del lavoro, della strisciata, del fotogramma, anche l’immagine di livella, orologio, altimetro (quota di volo), distanza focale dell’obiettivo della fotocamera, numero del fotogramma. Su ciascun fotogramma sono presenti 4 reperes al centro di ogni lato, o 4 marche in corrispondenza degli spigoli. Collegando le due coppie di reperes contrapposti, o le due coppie di marche contrapposte, le linee si intersecano nel centro del fotogramma (punto principale), origine di un sistema cartesiano di riferimento locale al fotogramma.

Ciascun fotogramma riporta, oltre ai codici identificativi del lavoro, della strisciata, del fotogramma, anche l’immagine di livella, orologio, altimetro (quota di volo), distanza focale dell’obiettivo della fotocamera, numero del fotogramma. Su ciascun fotogramma sono presenti 4 reperes al centro di ogni lato, o 4 marche in corrispondenza degli spigoli.Collegando le due coppie di reperes contrapposti, o le due coppie di marche contrapposte, le linee si intersecano nel centro del fotogramma (punto principale), origine di un sistema cartesiano di riferimento locale al fotogramma.

FotogrammaFotogramma


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SCALA MEDIA DEL FOTOGRAMMASCALA MEDIA DEL FOTOGRAMMA

La scala di un fotogramma

è

data dal rapporto l/L fra la dimensione di un elemento lineare sul fotogramma (l) e la corrispondente dimensione dell'elemento sul terreno (L)

La scala di un fotogramma

è

data dal rapporto l/L fra la dimensione di un elemento lineare sul fotogramma (l) e la corrispondente dimensione dell'elemento sul terreno (L)

Considerando sia il terreno sia il fotogramma giacenti in piani orizzontali e paralleli, il fascio dei raggi ottici che convergono nell'obiettivo dà luogo alla relazione di similitudine tra triangoli dalla quale si desume la scala 1/n del fotogramma:

Considerando sia il terreno sia il fotogramma giacenti in piani orizzontali e paralleli, il fascio dei raggi ottici che convergono nell'obiettivo dà luogo alla relazione di similitudine tra triangoli dalla quale si desume la scala 1/n del fotogramma:

In questo caso ideale esisterebbe un rapporto di similitudine costante tra tutti i punti del terreno e quelli del fotogramma e la scala del fotogramma sarebbe costante su tutto il fotogramma

In questo caso ideale esisterebbe un rapporto di similitudine costante tra tutti i punti del terreno e quelli del fotogramma e la scala del fotogramma sarebbe costante su tutto il fotogramma

f

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Denominatore di scala:Denominatore di scala:

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Nel caso reale, in generale, l'oggetto fotografato non è né piano né ortogonale all'asse della camera e l’obiettivo è reale: ciò produce variazioni di scala nei vari punti del fotogramma.

Quindi i particolari presenti in fotografia sono rappresentati a scala variabile al contrario di ciò che è rappresentato in cartografia che è a scala costante.

Nel caso reale, in generale, l'oggetto fotografato non è né piano né ortogonale all'asse della camera e l’obiettivo è reale: ciò produce variazioni di scala nei vari punti del fotogramma.

Quindi i particolari presenti in fotografia sono rappresentati a scala variabile al contrario di ciò che è rappresentato in cartografia che è a scala costante.

Influenza dell'altimetria sulla posizione ì del punto immagine Influenza dell'altimetria sulla posizione ì del punto immagine

Scala media di un fotogramma aereoScala media di un fotogramma aereo


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Nel caso reale si parla pertanto di scala media del fotogramma, intendendo dire che il rapporto l/L tra un elemento l sul fotogramma e il corrispondente elemento L preso sul terreno varia da punto a punto e se ne assume il valore medio: è equivalente al rapporto tra la costante della camera e la distanza media dell’oggetto fotografato.

La definizione di scala media di un fotogramma non è pertanto rigorosa e può essere indicata grossolanamente o come la media delle scale estreme, dovute alle quote massime e minime del terreno o oggetto fotografato oppure come la scala dovuta alla quota prevalente nell'area in esame.

Detta Q la quota di volo assoluta e q la quota media del terreno, entrambe espresse nella stessa unità di misura, la scala media del fotogramma risulta dalla relazione:

(1/n)m = f/(Q –q)

(1/n)m = f/Hm = l/L

Se fissiamo la scala del fotogramma, è evidente che ad ogni variazione di f deve corrispondere una variazione di Hm e viceversa.

Nel caso reale si parla pertanto di scala media del fotogramma, intendendo dire che il rapporto l/L tra un elemento l sul fotogramma e il corrispondente elemento L preso sul terreno varia da punto a punto e se ne assume il valore medio: è equivalente al rapporto tra la costante della camera e la distanza media dell’oggetto fotografato.

La definizione di scala media di un fotogramma non è pertanto rigorosa e può essere indicata grossolanamente o come la media delle scale estreme, dovute alle quote massime e minime del terreno o oggetto fotografato oppure come la scala dovuta alla quota prevalente nell'area in esame.

Detta Q la quota di volo assoluta e q la quota media del terreno, entrambe espresse nella stessa unità di misura, la scala media del fotogramma risulta dalla relazione:

(1/n)m = f/(Q –q)

(1/n)m = f/Hm = l/L

Se fissiamo la scala del fotogramma, è evidente che ad ogni variazione di f deve corrispondere una variazione di Hm e viceversa.



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5. Fotogrammetria5. Fotogrammetria - Processo di restituzione- Processo di restituzione

IL PROCESSO CHE CONDUCE ALLA POSIZIONE DELL’OGGETTO ATTRAVERSO L’ELABORAZIONE DI DUE FOTO DELLO STESSO VIENE DETTO RESTITUZIONE

FOTOGRAMMETRICA

LA RESTITUZIONE AVVIENE CON L’IMPIEGO DI PARTICOLARI STRUMENTI DETTI RESTITUTORI, OGGI IN PARTE SOSTITUITI DA COMPUTER E CONGEGNI AUSILIARI SPECIFICAMENTE DEDICATI

IL PROCESSO CHE CONDUCE ALLA POSIZIONE DELL’OGGETTO ATTRAVERSO L’ELABORAZIONE DI DUE FOTO DELLO STESSO VIENE DETTO RESTITUZIONE

FOTOGRAMMETRICA

LA RESTITUZIONE AVVIENE CON L’IMPIEGO DI PARTICOLARI STRUMENTI DETTI RESTITUTORI, OGGI IN PARTE SOSTITUITI DA COMPUTER E CONGEGNI AUSILIARI SPECIFICAMENTE DEDICATI

RESTITUZIONERESTITUZIONE


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Ricostruzione del modello stereoscopicoRicostruzione del modello stereoscopico

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FOTO 1 FOTO 2

Il modello (modello ottico o stereoscopico) è ottenuto con la parte comune dei due fotogrammi della coppia stereoscopica (ricoprimento possibilmente superiore al 60%).

Il modello (modello ottico o stereoscopico) è ottenuto con la parte comune dei due fotogrammi della coppia stereoscopica (ricoprimento possibilmente superiore al 60%).

Fotogramma 1 Fotogramma 2


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Sfruttando la visione stereoscopica sarà possibile riconoscere su ciascuno dei due fotogrammi la posizione relativa e l’altezza di punti del territorio. Questa possibilità è condizionata però al fatto che si riesca ad orientare i due fotogrammi in modo da ricomporne la posizione relativa al momento dello scatto (ed in pratica ricostruendo la posizione e l’orientamento assunti dall’aereo e dalla macchina fotografica nei momenti corrispondenti allo scatto dei due fotogrammi). Tale operazione, finalizzata alla ricostruzione del modello stereoscopico, parte dalla individuazione su ciascun fotogramma di particolari ben riconoscibili, ottenendone le coordinate locali in ciascun fotogramma (espresse nel sistema cartesiano locale del fotogramma).

Sfruttando la visione stereoscopica sarà possibile riconoscere su ciascuno dei due fotogrammi la posizione relativa e l’altezza di punti del territorio. Questa possibilità è condizionata però al fatto che si riesca ad orientare i due fotogrammi in modo da ricomporne la posizione relativa al momento dello scatto (ed in pratica ricostruendo la posizione e l’orientamento assunti dall’aereo e dalla macchina fotografica nei momenti corrispondenti allo scatto dei due fotogrammi). Tale operazione, finalizzata alla ricostruzione del modello stereoscopico, parte dalla individuazione su ciascun fotogramma di particolari ben riconoscibili, ottenendone le coordinate locali in ciascun fotogramma (espresse nel sistema cartesiano locale del fotogramma).

Ricostruzione del modello stereoscopicoRicostruzione del modello stereoscopico


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Per ciascun fotogramma si procede all’orientamento interno ricavando, per ciascun “fiducial mark” (o per i 4 reperes posti al centro di ciascun lato), le coordinate nel sistema di riferimento locale con origine nel Punto Principale (quello al centro del fotogramma, individuato dalla intersezione delle diagonali passanti per i “fiducial mark”). In questo modo abbiamo definito per ciascun fotogramma un suo sistema di riferimento cartesiano. A tale sistema di riferimento potremo successivamente ricorrere per esprimere le coordinate di particolari visibili nell’immagine.

Per ciascun fotogramma si procede all’orientamento interno ricavando, per ciascun “fiducial mark” (o per i 4 reperes posti al centro di ciascun lato), le coordinate nel sistema di riferimento locale con origine nel Punto Principale (quello al centro del fotogramma, individuato dalla intersezione delle diagonali passanti per i “fiducial mark”). In questo modo abbiamo definito per ciascun fotogramma un suo sistema di riferimento cartesiano. A tale sistema di riferimento potremo successivamente ricorrere per esprimere le coordinate di particolari visibili nell’immagine.

Orientamento internoOrientamento interno

punto principale


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Avendo operato l’orientamento interno per ciascun fotogramma, possiamo a questo punto individuare punti facilmente riconoscibili sia sul primo che sul secondo fotogramma, derivandone le corrispondenti coordinate “lastra” nei due sistemi di riferimento. In genere si scelgono sei punti per fotogramma, disposti come nell’immagine a fianco. E’ possibile, a questo punto, ricavare un sistema di equazioni, basate sulla coincidenza dei punti espressi nei due sistemi di coordinate. Ciò consentirà, su un apposito strumento, di ricostruire il modello stereoscopico. Il fatto che abbiamo ricostruito l’orientamento relativo dei due fotogrammi, lungi dal consentirci di calcolare le coordinate terreno di un punto di cui misuriamo la posizione nel modello, ci permette comunque di realizzare una visione “stereoscopica” (ovvero tridimensionale) del territorio fotografato.

Avendo operato l’orientamento interno per ciascun fotogramma, possiamo a questo punto individuare punti facilmente riconoscibili sia sul primo che sul secondo fotogramma, derivandone le corrispondenti coordinate “lastra” nei due sistemi di riferimento. In genere si scelgono sei punti per fotogramma, disposti come nell’immagine a fianco. E’ possibile, a questo punto, ricavare un sistema di equazioni, basate sulla coincidenza dei punti espressi nei due sistemi di coordinate. Ciò consentirà, su un apposito strumento, di ricostruire il modello stereoscopico. Il fatto che abbiamo ricostruito l’orientamento relativo dei due fotogrammi, lungi dal consentirci di calcolare le coordinate terreno di un punto di cui misuriamo la posizione nel modello, ci permette comunque di realizzare una visione “stereoscopica” (ovvero tridimensionale) del territorio fotografato.

Orientamento relativoOrientamento relativo


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Se di alcuni dei punti (punti di inquadramento: gli stessi utilizzati per l’orientamento relativo o altri differenti) individuati sulle immagini conosciamo anche le coordinate (ad esempio ottenute mediante rilievi topografici), siamo in grado di ricavare l’orientamento assoluto del nostro modello stereoscopico. L’orientamento assoluto ci consente di calcolare le coordinate di un qualsiasi punto di cui misuriamo le coordinate “lastra” (nel modello stereoscopico, ovvero su ciascuno dei due fotogrammi, essendo noi in grado di esprimere le coordinate di un punto in uno qualsiasi dei sistemi di riferimento). C’è da sottolineare che mentre i due sistemi cartesiani locali dei fotogrammi sono bidimensionali, il sistema di riferimento che otteniamo dopo l’orientamento relativo, ed a maggior ragione quello ottenuto dopo l’orientamento assoluto, sono tridimensionali. In pratica, dopo l’orientamento assoluto, siamo in grado di ricavare le 3 coordinate terreno di qualsiasi punto rilevabile sulle immagini.

Se di alcuni dei punti (punti di inquadramento: gli stessi utilizzati per l’orientamento relativo o altri differenti) individuati sulle immagini conosciamo anche le coordinate (ad esempio ottenute mediante rilievi topografici), siamo in grado di ricavare l’orientamento assoluto del nostro modello stereoscopico. L’orientamento assoluto ci consente di calcolare le coordinate di un qualsiasi punto di cui misuriamo le coordinate “lastra” (nel modello stereoscopico, ovvero su ciascuno dei due fotogrammi, essendo noi in grado di esprimere le coordinate di un punto in uno qualsiasi dei sistemi di riferimento). C’è da sottolineare che mentre i due sistemi cartesiani locali dei fotogrammi sono bidimensionali, il sistema di riferimento che otteniamo dopo l’orientamento relativo, ed a maggior ragione quello ottenuto dopo l’orientamento assoluto, sono tridimensionali. In pratica, dopo l’orientamento assoluto, siamo in grado di ricavare le 3 coordinate terreno di qualsiasi punto rilevabile sulle immagini.

Orientamento assolutoOrientamento assoluto


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Il restitutore è quello strumento che consente di ricostruire il modello stereoscopico e, a partire da questo, di digitalizzare le entità (oggetti) inquadrate nei fotogrammi.

Il restitutore è quello strumento che consente di ricostruire il modello stereoscopico e, a partire da questo, di digitalizzare le entità (oggetti) inquadrate nei fotogrammi.

I RESTITUTORI FOTOGRAMMETRICII RESTITUTORI FOTOGRAMMETRICI

Storicamente, a seconda degli strumenti utilizzati, la fotogrammetria ha subito una forte evoluzione e, conseguentemente, anche il relativo processo di restituzione, dando luogo ai seguenti principali tipi:

Restituzione analogica (anni ’50 e ’60)Restituzione analitica (anni ’70 a ’90) (Fotogrammetria analitica)Restituzione automatica (anni 2000) (Fotogrammetria digitale)

Storicamente, a seconda degli strumenti utilizzati, la fotogrammetria ha subito una forte evoluzione e, conseguentemente, anche il relativo processo di restituzione, dando luogo ai seguenti principali tipi:

Restituzione analogica (anni ’50 e ’60)Restituzione analitica (anni ’70 a ’90) (Fotogrammetria analitica)Restituzione automatica (anni 2000) (Fotogrammetria digitale)


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Restituzione analogicaRestituzione analogica

Il nome deriva dal fatto che si ricorre ad una analogia tra ripresa e restituzione. Impiega apparecchi ottico-meccanici complessi detti del I e del II ordine (a seconda del livello di precisione) e “universali”, mediante i quali vengono ricreate a scala ridotta le condizioni di presa di una coppia sterescopica e si costruisce un modello ottico tridimensionale del terreno effettuandone la rappresentazione cartografica.

Il nome deriva dal fatto che si ricorre ad una analogia tra ripresa e restituzione. Impiega apparecchi ottico-meccanici complessi detti del I e del II ordine (a seconda del livello di precisione) e “universali”, mediante i quali vengono ricreate a scala ridotta le condizioni di presa di una coppia sterescopica e si costruisce un modello ottico tridimensionale del terreno effettuandone la rappresentazione cartografica.

Restitutori analogiciRestitutori analogici


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Restituzione analiticaRestituzione analitica

Impiega strumenti detti comparatori, con i quali si prendono misure sul piano delle lastre fotografiche con la precisione di 1 o 2 millesimi di millimetro. Con tale procedimento ciascun punto considerato viene rappresentato, invece che graficamente, analiticamente ossia mediante le tre coordinate geometriche che ne identificano la collocazione spaziale. I dati confluiscono in un calcolatore elettronico che li elabora fornendo una restituzione numerica la quale, mediante un plotter, può essere resa anche graficamente.

Impiega strumenti detti comparatori, con i quali si prendono misure sul piano delle lastre fotografiche con la precisione di 1 o 2 millesimi di millimetro. Con tale procedimento ciascun punto considerato viene rappresentato, invece che graficamente, analiticamente ossia mediante le tre coordinate geometriche che ne identificano la collocazione spaziale. I dati confluiscono in un calcolatore elettronico che li elabora fornendo una restituzione numerica la quale, mediante un plotter, può essere resa anche graficamente.

Restitutori analiticiRestitutori analiticiplotter


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Restituzione automatica

e Fotogrammetria digitaleRestituzione automatica

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La restituzione automatica viene eseguita mediante un complesso computerizzato di strumenti in grado di assicurare lo svolgimento automatico di tutte le operazioni necessarie, dalla analisi dei fotogrammi sino al tracciamento cartografico.

La restituzione automatica viene eseguita mediante un complesso computerizzato di strumenti in grado di assicurare lo svolgimento automatico di tutte le operazioni necessarie, dalla analisi dei fotogrammi sino al tracciamento cartografico.

La principale differenza tra la fotogrammetria analitica e la fotogrammetria digitale risiede nella diversa natura del dato primario, le immagini: La principale differenza tra la fotogrammetria analitica e la fotogrammetria digitale risiede nella diversa natura del dato primario, le immagini:

Fotogrammetria analitica immagini fotograficheFotogrammetria digitale immagini digitali Fotogrammetria analitica immagini fotograficheFotogrammetria digitale immagini digitali


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Differenze

fra fotogrammetria analitica

e fotogrammetria digitale

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Differenze operativeIn fotogrammetria analitica l’operatore osserva, interpreta l’immagine e ne estrae informazioni, scegliendo i punti necessari alle operazioni di orientamento e di restituzione, e collimandoli ne misura le coordinate. In fotogrammetria digitale i punti, dati in termini di coordinate pixel i,j, possono essere scelti da un operatore, ma l’individuazione dei punti e la collimazione precisa può essere automatica

Differenze operativeIn fotogrammetria analitica l’operatore osserva, interpreta l’immagine e ne estrae informazioni, scegliendo i punti necessari alle operazioni di orientamento e di restituzione, e collimandoli ne misura le coordinate.In fotogrammetria digitale i punti, dati in termini di coordinate pixel i,j, possono essere scelti da un operatore, ma l’individuazione dei punti e la collimazione precisa può essere automatica

Differenze negli strumentiLa differenza nel dato primario comporta una semplificazione degli strumenti:

il restitutore analitico è una integrazione di stereocomparatore, stereoscopio e h/w s/w necessari per orientamento e restituzione

il restitutore digitale è principalmente costituito da Software :

Differenze negli strumentiLa differenza nel dato primario comporta una semplificazione degli strumenti:

il restitutore analitico è una integrazione di stereocomparatore, stereoscopio e h/w s/w necessari per orientamento e restituzione

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L’immagine digitaleL’immagine digitale

Immagini digitali: il contenuto fotografico (radiometria) viene registrato sotto forma di numeri. Rappresentazione RASTER: si divide l’immagine fotografica in elementi di dimensioni finite (pixel) e si associa a ognuno di essi il numero che rappresenta la radiometria della porzione di immagine contenuta.

Immagini digitali: il contenuto fotografico (radiometria) viene registrato sotto forma di numeri.Rappresentazione RASTER: si divide l’immagine fotografica in elementi di dimensioni finite (pixel) e si associa a ognuno di essi il numero che rappresenta la radiometria della porzione di immagine contenuta.


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Risoluzione

dell’immagine digitaleRisoluzione

dell’immagine digitale

Risoluzione geometrica: dimensione del pixel sul terrenoRisoluzione geometrica: dimensione del pixel sul terreno

Risoluzione radiometrica: numero di bit per pixelRisoluzione radiometrica: numero di bit per pixel


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APPLICAZIONI DIGITALIAPPLICAZIONI DIGITALI

Restituzione di modelli 3D e di modelli solidiRestituzione di modelli 3D e di modelli solidi


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Cartografia rasterCartografia raster

Cartografia vettorialeCartografia vettoriale


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NUOVE TECNOLOGIENUOVE TECNOLOGIE

Cartografia numerica e database topograficiCartografia numerica e database topografici



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NUOVE TECNOLOGIENUOVE TECNOLOGIEAPPLICAZIONI DIGITALIAPPLICAZIONI DIGITALI

DTM (Digital terrain models), DEM (Digital elevation models) DSM (digital surface Models): Modelli digitali del terreno DTM (Digital terrain models), DEM (Digital elevation models) DSM (digital surface Models): Modelli digitali del terreno


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LA “ORTOFOTO”LA “ORTOFOTO”

Se la quota di ogni punto è nota attraverso il DTMSe la quota di ogni punto è nota attraverso il DTM

per ogni punto di un’immagine digitale è possibile determinare il punto oggetto corrispondente anche disponendo di una sola immagine

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Produzione di ortofotoProduzione di ortofoto



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Ortofoto digitaleOrtofoto digitale



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5. Fotogrammetria5. Fotogrammetria - Nuove tecnologie- Nuove tecnologie

Camere digitali aeree, sensori di nuova generazione

Camere digitali aeree, sensori di nuova generazione

Sensori GPS Sensori GPS

Algoritmi di correlazione automatica delle immagini Algoritmi di correlazione automatica delle immagini



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5. Fotogrammetria5. Fotogrammetria - Nuove tecnologie- Nuove tecnologie


I sensori laser scanner (anche detti laser 3D) sono strumenti che consentono il rilevamento di modelli tridimensionali di oggetti a scale e risoluzioni differenti.

La caratteristica essenziale della tecnologia “laser-scanning” è quella di permettere l’acquisizione autonoma di milioni di punti 3D in brevissimo tempo.

I sistemi laser a scansione offrono nuove ed interessanti possibilità nel rilievo topografico. Si tratta di dispositivi ottico-meccanici capaci di emettere un impulso elettromagnetico (laser) e di ricevere il segnale riflesso dal terreno, misurando l’intervallo di tempo intercorso (tempo di volo), e quindi la distanza tra il centro dello strumento ed il punto rilevato. Al calcolo del tempo di volo viene associata anche un misura angolare di precisione che permette di collocare i punti in un sistema di riferimento locale, riferito al centro ottico dello strumento. Per ogni misurazione, oltre alle coordinate cartesiane (x, y, z), il sistema fornisce l’intensità del segnale di ritorno e definisce la risposta radiometrica della superficie rilevata.

I sensori laser scanner (anche detti laser 3D) sono strumenti che consentono il rilevamento di modelli tridimensionali di oggetti a scale e risoluzioni differenti.

La caratteristica essenziale della tecnologia “laser-scanning” è quella di permettere l’acquisizione autonoma di milionidi punti 3D in brevissimo tempo.

I sistemi laser a scansione offrono nuove ed interessanti possibilità nel rilievo topografico. Si tratta di dispositivi ottico-meccanici capaci di emettere un impulso elettromagnetico (laser) e di ricevere il segnale riflesso dal terreno, misurando l’intervallo di tempo intercorso (tempo di volo), e quindi la distanza tra il centro dello strumento ed il punto rilevato. Al calcolo del tempo di volo viene associata anche un misura angolare di precisione che permette dicollocare i punti in un sistema di riferimento locale, riferito al centro ottico dello strumento. Per ogni misurazione, oltre alle coordinate cartesiane (x, y, z), il sistema fornisce l’intensità del segnale di ritorno e definisce la risposta radiometrica della superficie rilevata.

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RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO -...

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