Fotogrammetria: che cos’è, come funziona e a cosa serve

Che cos’è la fotogrammetria?

La digital transformation è un fenomeno di portata trasversale che interessa presente e futuro delle imprese, incluse quelle che operano nel settore edile, dove gli strumenti tradizionali lasciano spazio all’impiego di tecnologie innovative, come il BIM e la fotogrammetria, simbolo di una nuova era per il mondo AEC (Architecture Engineering Construction).

A cosa serve la fotogrammetria? In geomatica, la disciplina che si occupa di acquisire, modellizzare, analizzare, elaborare, archiviare e divulgare informazioni georeferenziate, il termine fotogrammetria si riferisce a una tecnica di rilievo che permette di ottenere importanti informazioni sugli oggetti fisici e sull’ambiente attraverso il processo di registrazione, interpretazione e misurazione delle immagini fotografiche.

Le foto vengono scattate da diverse posizioni e angolazioni per ottenere calcoli precisi che consentono di creare mappe e modelli 3D di scene del mondo reale. Inoltre oggi, grazie alla fotogrammetria con drone, è possibile analizzare con precisione la forma, la posizione e la dimensione di un determinato oggetto o di una specifica area.

Secondo la definizione fornita dall’ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing), la fotogrammetria è “L’arte, la scienza e la tecnologia di ottenere informazioni affidabili su oggetti fisici e sull’ambiente, attraverso processi di registrazione, misurazione e interpretazione di immagini e rappresentazioni digitali di modelli energetici derivati da sistemi di sensori senza contatto”.

I principi della disciplina, considerata una delle più affidabili, economiche e precise in materia di acquisizione dei dati del territorio, risalgono alle ricerche di Leonardo da Vinci sulla prospettiva anche se alcune teorie sostengono che la sua nascita sia ancora più antica.

Legata a doppio filo alla geometria descrittiva, all’ottica e alla fotografia, le basi della fotogrammetria furono gettate con la scoperta della prospettiva, ma il primo esempio di analisi di immagini fotografiche per la realizzazione di mappe topografiche risale al 1849. Nove anni più tardi Aimé Laussedat, considerato il padre fondatore della disciplina, sperimentò la fotogrammetria aerea che sarà utilizzata anche nel programma Apollo per mappare la superficie lunare.

Per secoli la fotogrammetria ha svolto un ruolo fondamentale nell’analisi di oggetti lontani e se in passato è stata utilizzata in vari ambiti, come quello bellico e nella cartografia, con il tempo i suoi usi si sono ampliati e grazie all’avvento delle nuove tecnologie oggi viene adoperata in diversi ambiti: dalla geologia all’archeologia, passando per cinema, architettura e ingegneria, solo per citarne alcuni.

Tipi di fotogrammetria e caratteristiche del rilievo fotogrammetrico

In base agli strumenti utilizzati, all’elaborazione e al tipo di immagine fotografica è possibile suddividere la fotogrammetria in:

• Microfotogrammetria: trova spazio nella medicina, della chirurgia, nelle scienze naturali e nelle scienze fisiche. Le immagini sono ricavate con stereomicroscopi;
• Close Range Photogrammetry (Fotogrammetria “degli Oggetti vicini”): è utilizzata per il rilevamento su distanze da 1 m a 30 m. I campi d’impiego sono numerosi: studi per lo sviluppo urbanistico di aree dismesse o da riqualificare, indagini strutturali e creazione di modelli 3D di edifici ed infrastrutture, studi antropologici e zootecnici, indagini giudiziarie, restauro artistico di sculture e monumenti, rilievo di incidenti stradali, eccetera;
• Fotogrammetria Architettonica: permette di rilevare la forma, le dimensioni e la posizione di un elemento architettonico;
• Fotogrammetria Terrestre e Fotogrammetria Aerea: nel primo caso, la camera è posta in stazione sul terreno, mentre in quella aerea le apparecchiature fotografiche sono montate su un aeromobile che vola al di sopra del territorio da osservare;
• Fotogrammetria da UAV (Unmanned Aerial Vehicle): questa tecnica è utilizzata per aree non particolarmente estese e può affiancare la fotogrammetria architettonica per il rilievo di edifici ed infrastrutture. Per l’acquisizione dei dati vengono utilizzati dei droni.

Come funziona un rilievo fotogrammetrico?

Il procedimento si compone di tre fasi:

1. Presa: ovvero l’acquisizione delle immagini attraverso apposite camere;
2. Orientamento dei fotogrammi: in questa fase i fotogrammi vengono orientati in modo da ricostruire le posizioni che avevano durante la fase di acquisizione. L’operazione si divide in orientamento interno e orientamento esterno, quest’ultimo composto a sua volta da orientamento relativo e orientamento assoluto.
3. Restituzione: dall’immagine e dai parametri dell’orientamento si ricavano le coordinate spaziali dell’oggetto che permettono di costruire un modello a una determinata scala.

I prodotti della fotogrammetria possono essere rappresentazioni del tipo:

1. Grafico (mediante curve di livello, disegni, prospetti, carte al tratto);
2. Numerico (coordinate di punti in cartografia numerica);
3. Immagini (ortofoto, fotopiani);
4. Digital Terrain Model – DTM (Modello Digitale del Terreno);
5. Digital Surface Model – DSM (Modello Digitale di Superficie).

Strato Fotogrammetria Namirial: dalle fotografie al modello 3D del terreno con un unico software

Tra i software per l’edilizia sviluppati da Namirial, Strato è quello dedicato alla topografia e fotogrammetria con drone potente, preciso e soprattutto completo che permette di ottenere nuvole di punti direttamente dalle fotografie, elaborandole sino alla generazione del modello 3D.

Perché eseguire rilievi topografici con drone e a che con cosa serve un software integrato con la fotogrammetria? Gli Aeromobili a Pilotaggio Remoto (APR), meglio conosciuti come droni, consentono di rilevare porzioni di terreno molto ampie in poco tempo e di accedere a zone dissestate, difficili da rilevare con la strumentazione tradizionale. L’APR restituisce una serie di foto che vanno successivamente elaborate con un software di fotogrammetria 3D al fine di produrre un file di coordinate, ovvero una nuvola di punti.

Per ottenere una nuvola di punti utile ai fini progettuali, questa deve essere dimensionata e georeferenziata appoggiandosi a punti di controllo (marker) rilevati precedentemente con Gps o stazione totale.

Il modulo di Strato Namirial specifico per la fotogrammetria è concepito per eseguire un flusso lineare di operazioni consequenziali e risulta quindi davvero intuitivo e semplice da utilizzare:

1. Collegamento a rilievo Gps o celerimetrico precedentemente elaborato
2. Importazione foto realizzate con drone;
3. Elaborazione nuvola sparsa;
4. Individuazione grafica dei marker con caricamento semiautomatico delle coordinate;
5. Elaborazione nuvola densa e relativa pulizia;
6. Generazione ortofoto;
7. Inserimento nuvola georeferenziata ed elaborazione DTM in modalità BIM (modulo Planimetrie).

Inoltre, la nuova estensione di Strato per il rilievo facciate consente di elaborare nuvole di punti e ortofoto direttamente da fotografie di edifici. La procedura guidata consente di caricare le foto e collegare i marker in maniera estremamente semplice. Si tratta di uno strumento indispensabile per chi si occupa di riqualificazione di edifici esistenti con cui è possibile effettuare le seguenti operazioni:

I passaggi per completare l’elaborazione sono i seguenti:

1. Caricamento foto;
2. Generazione nuvola sparsa;
3. Inserimento marker e allineamento nuvola;
4. Generazione nuvola densa;
5. Estrazione ortofoto facciate, previo allineamento di piani prospettici;

Ecco quali sono i principali motivi che spiegano perché scegliere Strato Namirial:

1. È un software integrato per la topografia e la fotogrammetria, con tutti i vantaggi del caso (più velocità, maggior precisione, facilità di importazione ed esportazione, un unico servizio di supporto tecnico);
2. È stato sviluppato in collaborazione con i professionisti del settore ed è specificatamente pensato per le esigenze dei topografi;
3. Per la procedura guidata molto intuitiva che suggerisce all’utente ogni singolo passaggio da eseguire;
4. Per il riconoscimento semiautomatico delle coordinate dei marker, che garantisce un considerevole risparmio di tempo;
5. Per le accurate funzioni di pulizia della nuvola di punti;
6. Per le modifiche interattive che consentono di avere il progetto sempre sotto controllo;
7. Per il supporto tecnico e la formazione online ad opera di tecnici specializzati.

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