1.    Apparecchiature fotografiche 1.1.  Camere Metriche 1.2.  Camere Stereometriche 1.3.  Camere amatoriali   2.   Tecniche fotogrammetriche 2.1. Grafico ottenuto da una singola fotografia a - Metodo della striscia di carta b - Rettificazione ottica c - Rettificazione numerica d - Rettificazione differenziale e - Monoplotting f  - Rettificazione digitale 2.2. Stereofotogrammetria 1 - Analogico 2 - Analitico 3 - Digitale 2.3. Planimetria ottenuta da varie fotografie 1 - Tecnica 3.   Descrizione grafica

 

1. Apparecchiature fotografiche Un immagine fotografica è una prospettiva centrale. Questa implica, che ogni raggio di luce, che raggiungeva la superficie della pellicola durante l'esposizione, passava attraverso la lente della camera  (che matematicamente viene considerata come un punto singolo, il c.d. "centro prospettivo " ).   Al fine di prendere le misure degli oggetti dalle fotografie, il fascio di raggi luminosi può essere ricostruito.   Inoltre, la geometria interna della camera usata (che viene definita dalla lunghezza focale, dalla posizione del punto principale e dalla distorsione della lente)  deve essere conosciuta con precisione.  La lunghezza focale viene chiamata " distanza principale", che è la distanza della  proiezione del centro dal punto principale di un immagine piana .  A secondo della disponibilità di questa conoscenza i  fotogrammetristi dividono i congegni fotografici in tre categorie :

 

 

1.1.  Camere Metriche Esse hanno stabilità e geometrie interne conosciute con precisione e distorsioni di lente molto basse. Inoltre, sono apparecchiature molto costose. La distanza principale è costante, il che vuol dire che la lente non può essere nitida mentre scatta fotografie. Come risultato le camere metriche possono essere usate soltanto con un limitato campo di distanza verso l'oggetto. Il sistema di immagine coordinate viene definito (maggiormente) da quattro punti di fiducia, che sono montati sulla cornice della camera. Le fotocamere terrestri possono essere combinate con tripodi e teodoliti. Le camere aeree sono montate su aeroplani spesso puntate verso il basso. Oggigiorno, tutte queste hanno un formato di immagine di 23 per 23 centimetri. 1.2.  Camere Stereometriche Se un oggetto viene fotografato da due differenti posizioni, la linea fra i centri delle due proiezioni viene chiamata "base". Se entrambe le fotografie hanno direzioni visive, che sono parallele a ciascuna l'una all'altra in un angolo retto verso la base (il c.d. "caso tipico"), inoltre hanno caratteristiche simili a due immagini delle nostre retine. Inoltre la superficie superiore di queste due fotografie (che sono chiamate stereopari) può essere vista in 3 D, simulando la visione stereoscopica umana.  In pratica, uno stereoparo può essere prodotto con una singola camera da due posizioni o usando una camera stereometrica. Una camera stereometrica principalmente consiste di due camere metriche montate ad entrambe i capi di una barra, che ha una lunghezza misurata con precisione (generalmente 40 o 120 cm). questa barra funge da base. Entrambe le camere hanno le stesse caratteristiche geometriche. Sin da quando esse sono state congeniate nel caso normale. gli stereopari sono creati facilmente.  1.3. Camere amatoriali I  fotogrammetristi definiscono camera amatoriale quando la geometria interna è instabile e sconosciuta, come nel caso tipico di una normale camera disponibile in commercio. Comunque anche queste possono essere molto costose e molto sviluppate sviluppate con congegni fotografici professionali.  Fotografando un campo per test con molti punti di controllo (capisaldi) e ponendo una distanza di punti fissi consecutivi (per esempio un'infinità), può essere calcolata una regolazione della camera . In questo caso, i quattro angoli della cornice della camera saranno di riferimento.  Comunque, la precisione non raggiungerà mai quella delle camere metriche. Perciò, esse possono essere usate solo per scopi che non richiedono molta precisione, ma in molti casi pratici tale fotografia è meglio di niente e molto utile in casi di emergenza.   torna su

 

PRINCIPI DELLA FOTOGRAMMETRIA

L'IMMAGINE E' UNA PROSPETTIVA CENTRALE (CENTRO DI PRESA  =  CENTRO OBBIETTIVO)

2.  Tecniche fotogrammetriche A seconda del materiale disponibile (camera metrica o meno, stereopari, forme di oggetti registrati, informazioni sul controllo e altri risultati richiesti (2D o 3D, precisione, ...) diverse tecniche fotogrammetriche possono essere applicate, In base al numero di fotografie, possono essere distinte tre categorie principali : torna su

 

2.1. Grafico ottenuto da una singola fotografia Solo utile per figure piane (2D).  Le figure piane fotografate obliquamente mostrano deformazioni prospettive che devono essere rettificate. Per la rettificazione esiste una vasta gamma di tecniche e alcune di queste sono molto semplici.          Comunque ci sono molti limiti .  Per ottenere buoni risultati anche con le tecniche semplici, l'oggetto dovrebbe essere piano (come ad esempio un muro), e dato che solo una singola fotografia viene usata, il grafico può essere fatto in 2D. La rettificazione può essere trascurata, solo se l'oggetto è piatto e l'immagine è ottenuta da una posizione verticale verso l'oggetto.  In questo caso, la fotografia  avrà un unico fattore di scala , che può essere determinato, se la lunghezza di almeno una distanza dall'oggetto è conosciuta.                                                  Molto brevemente , descriveremo ora alcune tecniche comuni  :   torna su   Metodo della striscia di carta Questo è il metodo più economico, dato che sono richiesti solo una riga, un pezzo di carta con un bordo dritto e una matita.    Questo metodo fu usato durante l'ultimo secolo.    Quattro punti devono essere indicati nella foto e in una mappa.  Da un punto delle linee devono essere disegnate  verso le altre (sull'immagine e sul grafico) e verso il richiesto punto dell'oggetto (sull'immagine).   Dopo la striscia di carta è posta sull'immagine e le intersezioni con le linee vengono evidenziate.     La striscia viene dopo posta sul grafico e sistemata in modo che i segni coincidano di nuovo con le linee.  Dopo di ciò, una linea può essere disegnata sul grafico del richiesto punto dell'oggetto.   L'intero processo è ripetuto da un altro punto, dando il punto dell'oggetto sul grafico come l'intersezione di due linee dell'oggetto.     Rettificazione ottica E' fatta usando lenti fotografiche ingrandenti.  Queste dovrebbero compiere la c.d.  < condizione di Scheimpflug  > e la < condizione del punto sparente >.    Di nuovo, almeno quattro punti base sono richiesti, ma non tre su un'unica linea . I punti base (o di controllo o capisaldi) sono tracciati su una certa scala .    Il punto di controllo tracciato è ruotato e spostato fino a che due punti incontrino i corrispondenti punti dell'oggetto proiettati dall'immagine. Dopo di ciò la tavola deve essere inclinata da due rotazioni, fino a quando l'immagine negativa proiettata si adatta a tutti i punti base. Dopo di ciò viene fatta una esposizione ed uno sviluppo. Rettificazione numerica Di nuovo, l'oggetto deve essere piano e sono richiesti quattro punti base di controllo. Alla rettificazione numerica, le coordinate d'immagine dei punti richiesti sono trasformate nelle desiderate coordinate di sistema ( che è di nuovo 2D ).   Il risultato corrisponde alle coordinate dei punti proiettati.             Rettificazione differenziale Se l'oggetto è irregolare, esso deve essere diviso in parti più piccole, che sono piane. Ogni parte può essere rettificata con una delle tecniche mostrate sotto.      Naturalmente persino alcuni oggetti possono essere rettificati parzialmente e differentemente.    Un requisito principale per la rettificazione differenziale è la disponibilità di un modello di oggetto digitale, una fitta raster di punti sull'oggetto con distanze note da un piano di riferimento ; in fotogrammetria viene chiamato DTM (Digital Terrain Model).      Monoplotting Questa tecnica è simile a quella della rettificazione numerica, tranne per il fatto che le coordinate sono trasformate in un sistema coordinato 3D . Per prima cosa gli elementi di orientamento, che sono le coordinate della proiezione del centro e di tre angoli definenti la visuale della fotografia, sono calcolati da  spatial resection. Dopo , usando la regolazione dei dati della camera, ogni raggio, che proviene da un aspetto archeologico attraverso la lente nella fotografia, può essere ricostruito e intersecato con il modello digitale terrestre  (DTM ). Rettificazione digitale La rettificazione digitale è una tecnica piuttosto recente. Essa in qualche modo è simile al  monoplotting. Ma qui, l'immagine analizzata viene trasformata, pixels su pixels, in un sistema realistico di coordinate 3D.  Il risultato è una ortofotografia, una fotografia rettificata che ha un'unica scala .     torna su

 

2.2. Stereofotogrammetria Come risulta implicito dal termine, gli stereopari sono qui il requisito base.  Questi possono essere prodotti usando due camere stereometriche.        Se è disponibile solo una camera, due fotografie possono essere fatte da due diverse posizioni, cercando di accoppiare le condizioni del < caso normale >.   Le fotografie aeree verticali si avvicinano maggiormente al < caso normale > . Esse vengono prodotte usando speciali camere metriche, che sono montate su aeroplani con obiettivo puntato verso il basso. Mentre scattano fotografie,l'aeroplano vola oltre una certa area in un modo meandrico, così che l'intera area sia coperta da fotografie sovrapposte.    La parte sovrapposta di ogni stereoparo può essere vista in 3D e conseguentemente riprodotta in grafico in 3D usando una delle seguenti tecniche :

 

Analogico Il metodo analogico fu principalmente usato fino agli anni '70 del nostro secolo. Spiegato semplicemente, il metodo cerca di convertire  la procedura di registrazione. Due proiettori, che hanno le stesse caratteristiche geometriche come la fotocamera solitamente usata  (queste possono essere sistemate durante il c.d. "orientamento interno" ) , proiettano i negativi degli stereopari .   Le loro posizioni poi devono essere esattamente ruotate nello stesso rapporto verso ognuna  proprio nel momento dell'esposizione (="relativo orientamento"). Dopo questo passo, il fascio proiettato di raggi luminosi da entrambe le fotografie intersecano fra di loro formando un modello ottico tridimensionale. Per finire, la scala di questo modello deve essere messo in relazione alle sue dimensioni reali e le rotazioni e gli spostamenti in relazione al sistema delle coordinate terrestri che devono essere determinate.  Inoltre, sono richiesti almeno tre punti di controllo, che non sono posti su un'unica linea dritta (=orientamento assoluto).Il modello ottico è visto per mezzo di uno stereoscopio. L'intersezione dei raggi può quindi essere misurata, punto per punto, usando un segno di misura. Questo consiste di due segni, ognuno su ciascuna fotografia.Quando osservando il modello, i due segni si fondono in un unico segno 3D, che può essere mosso e sollevato fino al punto desiderato dove si incontra l'oggetto 3D. I movimenti del segno sono meccanicamente trasmessi su una tavola da disegno: in questo modo vengono create le planimetrie.  Analitico I primi plotters analitici furono introdotti nel 1957. a partire dagli anni 70, essi cominciarono ad essere comunemente disponibili sul mercato.     L'idea è la stessa simile agli strumenti analogici. Ma qui, in computer organizza i rapporti fra immagine e coordinate del mondo reale.               La restituzione degli stereopari è svolta attraverso tre passi :       Dopo la ricostruzione dell' "orientamento interno" dove il computer può adesso anche correggere la distorsione della pellicola,entrambe le immagini sono relativamente orientate.    Dopo questo passo, le immagini possono essere viste in 3D.                  In seguito,  l'orientamento assoluto viene stabilizzato, dove il modello 3D viene trasferito al sistema reale di coordinate terrestri.       Per finire, sono richiesti almeno tre punti di controllo.  Dopo l'orientamento, qualsiasi dettaglio può essere misurato al di fuori del modello stereo in 3D, Come nello strumento analogico, il modello e il corrispondente segno di misura sono visti in 3D. I movimenti del segno sono sotto il controllo dell'operatore. La differenza principale con il precedente processo di plotting analogico è che il plotter non crea più grafici direttamente su carta , ma fa apparire direttamente su schermi di monitors o nel database di un computer.   Il plotter analitico usa il computer per calcolare le coordinate reali terrestri, che possono essere immagazzinate su files ASCII o trasferite on-line su programmi CAD.  In questo modo, vengono creati disegni in 3D, che possono essere archiviati digitalmente o combinati con altri dati e riprodotti su varie scale.             Digitale Le tecniche digitali sono diventate ampiamente disponibili durante gli ultimi dieci anni.   Qui le immagini non sono riprodotte su una pellicola, ma sono archiviate su dischi o supporti digitali. Ogni elemento dell'immagine  (pixel) ha la sua riconosciuta posizione e il suo misurato valore di intensità , tranne che per il bianco e il nero, alcuni tipi di colore o di immagini multispettrali.    torna su

 

2.3. Planimetria ottenuta da varie fotografie Questo tipo di riproduzione, che può essere fatta in 3D, può esser possibile solo attraverso la fotogrammetria analitica e digitale. Dato che la tecnologia hardware e software sta diventando sempre più a basso costo, il suo campo di applicazione cresce di giorno in giorno. Qui, la maggior parte delle volte vengono usate più di due fotografie.    Gli oggetti 3D vengono fotografati da diverse posizioni. Questi sono posizionati attorno all'oggetto. laddove qualsiasi punto dell'oggetto dovrebbe essere visibile su almeno due, meglio di tre fotografie.   Le fotografie possono essere prese con differenti fotocamere (perfino le fotocamere amatoriali) e in differenti momenti (se l'oggetto non si muove).

 

1.  Tecnica Come menzionato prima, possono essere utilizzate solo tecniche analitiche o digitali.   Durante tutti i metodi, deve essere calcolato prima una sistemazione di fasci luminosi.  usando punti di controllo e punti di triangolazione, la geometria dell'intero insieme di fotografie viene ricostruito con alta precisione. dopo le coordinate dell'immagine di qualsiasi punto dell'oggetto preso in considerazione misurato in almeno due fotografie può essere intersecato.  il risultato sono le coordinate dei punti richiesti.   In questo modo, l'intero oggetto tridimensionale viene digitalmente ricostruito.   torna su

Descrizione grafica

 

punto oggetto è fascio di raggi è punto immagine

 

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stella di direzioni

 

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PRINCIPIO DELLA FOTOGRAMMETRIA

DA UNA SOLA IMMAGINE NON E' POSSIBILE RICOSTRUIRE LE COORDINATE DEI PUNTI DELL'OGGETTO	UTILIZZANDO DUE IMMAGINI DELLO STESSO OGGETTO PRESE DA DUE PUNTI DI VISTA DIFFERENTI SI UTILIZZANO ALTRI LEGAMI GEOMETRICI CHE ELIMINANO L'INDETERMINAZIONE