Fotogrammetria terrestre VS Laser scanner 3D

Confronto tra due metodi di rilievo delle facciate di un edificio: rilievo con Laser scanner 3D e il rilievo con fotogrammetria terrestre

Caso di studio: Chiesa di Santa Croce – Sutri (VT)
Test a cura del geom. Raffaella Canfarini

Descrizione del test

Verificare se le precisioni che si ottengono con un metodo fotogrammetrico elaborato con il software possono essere equiparabili ad un rilievo Laser Scanner 3D. La scelta dell’oggetto architettonico ha comportato un’analisi accurata del sito, per la restituzione tramite il software di fotogrammetria si cercava un oggetto di rilievo che non fosse eccessivamente grande in dimensioni, che avesse dei prospetti con una superficie non completamente intonacata e che non ci fossero in prossimità dello stesso vegetazione che entrasse nelle riprese fotografiche. Per questo scopo è stata individuata la chiesa di Santa Croce, Sutri (VT). Il rilievo ha interessato due prospetti adiacenti della chiesa, la facciata principale ed il prospetto laterale sulla strada. Il rilievo è stato condotto contemporaneamente con due metodologie diverse, mettendo a confronto la generazione di una nuvola di punti da rilievo fotogrammetrico terrestre ed una nuvola di punti da acquisizione Laser Scanner 3D.

Strumentazione impiegata

Laser Scanner 3D:

• Laser scanner con macchina fotografica digitale integrata 5 megapixel;

• Software dedicato di post-produzione;

Fotogrammetria:

• Stazione totale per acquisizione punti di verifica;

• Fotocamera digitale Nikon D300 lente 14mm equivalente 20mm risoluzione 12,3 megapixel;

• Software di fotogrammetria VeRa ed. 0117 della Topoprogram;

Metodologia del rilievo

Laser scanner 3D:

• sono state eseguite n. 03 scansioni collegate in modalità topografica (poligonale) con acquisizione delle fotografie così come da specifica dati della strumentazione direttamente ‘on board’ con macchina integrata in ‘modalità wild’ da 5 megapixel;

• il tempo per il rilievo comprensivo di messa in stazione, scansione, acquisizione fotografica per tutte e 3 le scansioni è stato di 1 ora;

Fotogrammetria:

• acquisizione dei punti di controllo eseguita con stazione totale, 4 punti per ogni facciata;

• acquisizione di 35 fotografie tramite fotocamera digitale Nikon D300 da 12,3 megapixel;

• il tempo di acquisizione è stato di circa 40 minuti;

Post-produzione

Laser scanner 3D:

• le nuvole acquisite in campagna sono state unite, colorate con il dato RGB e pulite dai punti non necessari allo studio in oggetto;

• il tempo di lavorazione richiesto è stato di 90 minuti;

• il modello ottenuto è stato una nuvola di punti 3D da 91.011.850 di punti;

Fotogrammetria:

• è stato utilizzato il software VeRa e le foto selezionate per la mosaicatura e la generazione della nuvola di punti sono state in numero di 35 di cui 11 di qualità accettabile e 24 di qualità eccellente (dato stimato automaticamente dal software). Sono state effettuate operazioni di ricerca punti per inquadramento (¾ risoluzione originale), di inquadramento metrico (utilizzati N.2 punti per facciata per un totale di n.4 punti topografici) e di generazione nuvola di punti;

• il tempo impiegato è di circa 120 minuti;

• il modello ottenuto è stato una nuvola di punti 3D da 1.798.401 di punti;

Le due metodologie operative a confronto: PRO e CONTRO

Laser scanner 3d:

• Pro: accuratezza e precisione nell’acquisizione dei dati, velocità di acquisizione in relazione alla quantità dei dati acquisita, facilità e precisione della misurazione in zone anche difficilmente accessibili e non necessariamente acquisizione frontale, la non necessità di avere punti di controllo sull’oggetto architettonico;

• Contro: elevato costo della strumentazione, competenza tecnica elevata per avere un controllo totale dei dati.

Fotogrammetria:

• Pro: costi contenuti, velocità di acquisizione, facilità nella gestione;

• Contro: necessità di misurare dei punti di controllo direttamente sull’oggetto, per avere precisioni equiparabili e certe rispetto ad un’acquisizione laser scanner, per avere una densità di punti maggiore bisogna fare tanti scatti e quindi i tempi di elaborazione si allungano in ragione di ore.

Conclusioni

Dopo aver elaborato le ‘nuvole di punti’ in entrambi i metodi, si può affermare che le precisioni si equivalgono in relazione alla corretta acquisizione e controllo dei dati acquisiti, più densa è la nuvola generata con la modalità fotogrammetrica e più precisa sarà la misura prelevata sul modello nuvola.

La fotogrammetria richiede di acquisire molti scatti fotografici ed avere una posizione di ripresa ottimale rispetto all’oggetto, pertanto se ci troviamo davanti ad un oggetto architettonico di notevoli dimensioni si ha necessità di punti di ripresa dall’alto sempre il più paralleli possibile alla superficie da rilevare, assenza di vegetazione superiore a ridosso dell’oggetto da rilevare; inoltre lo spazio tra operatore e oggetto ripreso non deve essere ingombro per il tempo necessario all’acquisizione delle immagini fotografiche.

Il software VeRa ha un ottimo algoritmo di calcolo e si tratta, in estrema sintesi, di un metodo che può fornire dei risultati molto soddisfacenti ma che, di contro, presenta delle regole ferree nella ripresa e nella qualità dell’immagine per ottenere una nuvola di punti con una densità che permetta di vedere i dettagli delle murature.

 

Autore: geom. Raffaella Canfarini