L’orientamento esterno in fotogrammetria

L’orientamento esterno dei fotogrammi

L’orientamento esterno dei fotogrammi è possibile solo dopo aver realizzato l’orientamento interno di cui all’articolo “L’orientamento interno in fotogrammetria”.

Esso ha come scopo di stabilire la posizione spaziale dei fotogrammi nel momento dello scatto.

Per effettuare l’orientamento è necessario determinare, per ciascun fotogramma, tanti parametri incogniti quanto sono i movimenti che definiscono la posizione di un corpo rigido nello spazio, cioè 6:

• 3 traslazioni (x, y, z);

• 3 rotazioni (ω, φ, κ) di assetto della camera.

Le tre rotazioni, nel caso di presa aerea, assumono il seguente significato:

• ω intorno asse x (direzione di volo) (rollio);

• φ intorno asse y (beccheggio);

• κ intorno asse z (deriva).

 

Orientamento esterno con la fotogrammetria aerea da drone (SAPR)

L’orientamento esterno con la fotogrammetria aerea da drone avviene con modalità differenti rispetto alla fotogrammetria classica.

Queste operazioni vengono effettuate mediante algoritmi di calcolo che consentono di ricostruire l’esatta posizione dell’interno blocco fotogrammetrico nello spazio.

I singoli fotogrammi vengono descritti come piani bidimensionali (x,y) costituiti da un determinato numero di pixel e contenenti al loro interno una serie di informazioni.

Per illustrare meglio il concetto è necessario condividere che, un’immagine digitale è costituita da una matrice bidimensionale composta da righe e colonne.

Ogni pixel è identificato univocamente da due numeri interi (i,j) che rappresentano la posizione in riga e colonna all’interno della matrice; per convenzione nelle immagini digitali l’origine del sistema righe/colonne è posto nell’angolo in alto a sinistra.

È possibile determinare una corrispondenza tra il sistema di riferimento (x_i,y_i) e la posizione dei pixel.

Il baricentro del generico pixel è individuato dalle seguenti espressioni:

x_i= Δx_*i

y_i=Δy_*i

Una volta terminata l’operazione di orientamento interno si passa a quello esterno. Le operazioni di orientamento esterno sono due:

1. orientamento relativo

2. orientamento assoluto

Con l’orientamento relativo, tutti i fotogrammi acquisiti durante le operazioni di rilievo vengono sovrapposti in corrispondenza dei punti omologhi (precedentemente individuati) creando un blocco fotogrammetrico.

Il risultato che ne viene fuori è un “puzzle” del nostro rilievo.

Il blocco fotogrammetrico creato è orientato in un sistema di riferimento fittizio.  È necessario  passare in seguito dal sistema di riferimento fittizio al sistema di riferimento reale. Questa operazione avviene con l’orientamento assoluto.

Per passare dal sistema di riferimento fittizio a quello reale è indispensabile avere dei punti di riferimento noti che consentano di orientare il blocco fotogrammetrico nello spazio.

Questi punti, chiamati “punti di appoggio” (Ground Control Point) devono essere ben visibili in più fotogrammi.  Per l’orientamento del blocco, devono essere presenti almeno 3 punti di appoggio.

In base ai risultati ottenuti dalle nostre ricerche è emerso che, per un preciso rilievo topografico, in una zona pianeggiante sono necessari 5 punti ben distribuiti, ai bordi ed uno posto al centro mentre, nel caso di grandi dislivelli è indispensabile aumentare questo numero di punti noti, posizionando gli stessi in prossimità della sommità ed al piede di detti dislivelli.

Vediamo insieme quali sono le caratteristiche dei punti di appoggio:

• Punti misurati in loco attraverso strumenti topografici (GPS o stazione totale) e opportunamente segnalati in modo da essere individuati nei fotogrammi.

• Di essi si devono misurare esattamente le coordinate nel sistema di riferimento desiderato.

• Si utilizzano delle piastre fotogrammetriche colorate in modo da poterne individuare il centro. Si possono anche utilizzare elementi ben visibili sul posto quali: pozzetti, segnaletica stradale orizzontale, ecc. ma, se per gli stessi non si può individuare un punto preciso, la precisione dell’intero del lavoro non potrà essere garantita. Ricordiamo che questi punti devono essere riconoscibili in almeno 3 fotogrammi, il nostro suggerimento, per aumentare la precisione, è almeno 5.

Di seguito è riportata un’immagine scattata durante un rilievo effettuato con un drone nella quale è presente una piastra fotogrammetrica.

Tramite questi punti di coordinate note, l’algoritmo di calcolo determinerà la posizione nello spazio di tutti i singoli pixel dell’intero blocco fotogrammetrico.

Conclusioni

Con le operazioni di orientamento esterno termina la seconda fase del processo fotogrammetrico.

La terza ed ultima fase, detta restituzione, darà luogo alla generazione del modello fotogrammetrico reale attraverso il quale sarà effettuare misure sul modello ricostruito e generare la nuova dei punti 3d.

Quest’ultima fase verrà trattata nel nostro prossimo articolo.