Qual'è la differenza tra fotogrammetria e raddrizzamento fotografico?

Ho deciso di fare un po' di chiarezza perchè c'è ancora qualcuno che confonde e due cose e si aspetta risultati che non si possono ottenere.

Il raddrizzamento è una modifica di una o alcune fotografie, la fotogrammetria (o aerofotogrammetria) è una ricostruzione dello spazio tramite punti.


Quando si parla di raddrizzamento fotografico

Il raddrizzamento o fotoraddrizzamento è un'intervento, tramite opportuno software, oggi anche molto avanzati e precisi, che permette di "distorcere" l'immagine scattata modificandone il punto di fuga.

In pratica una foto raddrizzata non ha piu le medesime dimensioni di prima ma viene stirata al fine di avere il punto di presa (o di vista) piu lontano ed in posizione baricentrica, rendendo l'immagine proporzionata come se non avesse linee di fuga.

Una foto raddrizzata la si può utilizzare per mostrare prospetti e renderli misurabili (entro un certo limite di precisione).

La fotografia viene quindi stirata nelle sue dimensioni ma rimane sostanzialmente completa di ogni dettaglio che la caratteristica.


Immagine tratta da "archeologicalphotorelief"

Quando si parla di Fotogrammetria o fotogrammetria aerea (aerofotogrammetria)?

La tecnica fotogrammetrica è una cosa completamente diversa.

Per utilizzare la fotogrammetria è necessario avere almeno due fotografie di uno stesso oggetto scattate da posizioni diverse.

Ogni punto presente su una singola immagine ha le proprie coordinate X e Y. Lo stesso punto, presente su un'immagine scattata da un'altra posizione ha coordinate X e Y diverse. La posizione di presa diversa tra i due scatti fa si che l'unione delle due posizione diverse, possa identificare univocamente la coordinata Z del medesimo punto.

Chiaramente se le due fotografie sono scattate dalla medesima posizione, l'equazione non è risolvibile.

Per questo motivo, l'algoritmo del software che risolve queste equazioni viene chiamato SFM (Structure From Motion) ovvero struttura dal movimento appunto.


Alla luce di quanto esposto, risulta chiaro il funzionamento della Fotogrammetria, ovvero il software, in ogni singola fotografia, ricerca i cosidetti "punti omologhi" ovvero punti uguali, che riconosce in ogni immagine a cui attribuisce le tre coordinate X, Y, Z.

Di fatto quindi le immagini utilizzate in fotogrammetria vengono scomposte in migliaia di punti, punti che formeranno poi quella che viene detta "nuvola di punti".

Si veda qui sotto uno stralcio di nuvola di punti derivata appunto da una ricostruzione fotogrammetrica.



Quindi:

IL RISULTATO DI UNA FOTOGRAMMETRIA NON PRODUCE UNA FOTOGRAFIA!


Come abbiamo imparato infatti, la fotogrammetria crea una nuvola di punti, piu o meno densa, piu o meno definita, piu o meno colorata e con colori piu o meno reali, ma è una scomposizione fotografica.


Una volta creata la nuvola di punti si possono fare dei passaggi successivi che non sono sempre necessari (ad esempio un tecnico potrebbe voler lavorare e gestire in autonomia la nuvola di punti in ambiente cad, come insieme di piu entità grezze).

Successivamente si potrebbe creare una MESH ovvero immaginiamo di unire tre punti vicini tramite tre linee e creare un piccolo piano (tecnicamente faccia) tra questi tre punti e cosi per tutti i punti presenti nella nuvola. Questo produce di fatto un solido composto dall'unione di piu piani. La Mesh tipicamente non ha colore.



Per ottenere una Mesh che sembri piu reale e che riprenda i colori dell'oggetto rilevato, è necessario che la Mesh venga colorata o Texturizzata. In questo caso i piccoli piani triangolari di cui abbiamo parlato, "ereditano" il colore mediato dei tre punti che li formano.

Viene da se che una Mesh texturizzata è quanto piu vicina alla realtà quanto piu i punti sono fitti e vicini tra loro.



E ancora non è finita. A questo punto possiamo prendere il nostro modello 3D texturizzato e "proiettarlo" su un piano ottenendo cosi un'Ortofoto verticale (prospetti) od orizzontale (rappresentazione planimetrica) ovvero una fotografia con punto di presa all'infinito, quindi senza alcuna distorsione dovuta alle linee di fuga.


rilievo prospetti con ortofoto da drone castello di pandino


Limitazioni della fotogrammetria

Ovviamente, come ogni tecnica, anche la fotogrammetria ha delle limitazioni che elenco in modo sintetico:

- Lavorando sulle immagini, piu le immagini sono di buona qualità e migliore sarà il prodotto finale

- Le immagini devono essere scattate il piu possibile con le stesse condizioni di luce (lo stesso punto preso da diverse immagini se ha colore diverso, il software non lo riconosce)

- I soggetti di presa devono essere piu fermi possibile (si pensi alle chiome degli alberi. Se c'è vento e le foglie si muovono, tra uno scatto ed il successivo, i punti hanno posizione diversa e quindi il software non riesce a ricostruire il modello

- Le superficie lucide o bagnate riflettono in modo diverso da una foto all'altra quindi stesso problema di cui sopra.

- Le strutture troppo esili e fini non vengono ricostruite perfettamente (ad esempio cavi elettrici, strutture metalliche tipo tralicci, parapetti, balaustre, pilastrini molto esili, ecc.) Si veda la FOTO seguente



 

Conclusioni

La fotogrammetria NON è la panacea del rilievo, non risolve tutte le situazioni e tutte le casistiche ma dev'essere conosciuta e bisogna conoscerne i limiti. Si consiglia quindi prima di chiedere "Fammi un rilievo fotogrammetrico" di approfondire il risultato richiesto ed atteso e le specifiche condizioni del sito.


Nel nostro caso, lo studio di Architettura che ci aveva commissionato il rilievo ha chiesto esplicitamente un rilievo fotogrammetrico senza conoscerne i limiti e, oltre a non averci pagato, non ha ottenuto il prodotto che si aspettava. Un'ortofoto la si può "lucidare" ed usare quindi come supporto alla progettazione oppure utilizzare come immagine di output da fornire a vari enti. In questo caso può essere piu o meno valida anche in base alla scala di restituzione richiesta.

Alternativa valida, ma piu costosa, è effettuare un rilievo con laserscanner (terrestre od aereo).


Consiglio

Alla luce di quanto esposto si consiglia vivamente di parlare con il cliente in modo da capire esattamente il suo livello di conoscenza della materia, capire cosa lui si aspetta dal rilievo, come utilizzerà il rilievo (come base di appoggio da lucidare o come output finale da consegnare al suo Committente), quali sono i limiti specifici del sito, ecc. ed eventualmente consigliare di utilizzare una metodologia diversa, e nel dubbio rinunciare al lavoro!