Archeologia: a rischio l'Image Scanning

03.02.2014 11:45

 

 

 

Umap Bandle

Sono profondamente convinto che il metodo di rilievo fotogrammetrico sia quello più adatto alla realizzazione della documentazione per qualsiasi tipo di monumento, sito o opera d'arte che abbia almeno una caratteristica, quella di essere fotografabile. I costi del metodo, alti ai suoi inizi, nell'epoca in cui venivano costruite accuratissime camere fotogrammetriche appositamente realizzate per questi scopi, sono oggi solo un ricordo in quanto lo studio delle tecniche geometriche di riduzione degli errori derivati dalle molteplici cause che il metodo stesso aveva implicite (aberrazione degli obiettivi, approssimazione delle misure, etc.) ha portato a stupendi risultati, anche con l'uso di economiche camere amatoriali. Ora inoltre il costoso strumento restitutore è sostituito da sistemi completamente digitali che hanno costi differenziati ed accessibili ai più.

Fotogrammetria e nuvole di punti.

Il principio base che ha caratterizzato il processo fotogrammetrico è il suo essere intrinsecamente 3D  avendo utilizzato sin dai primordi il principio della visione binoculare stereoscopica. Il suo grande pregio è la selezione dei punti costituenti il modello, operabile a discrezione dell'operatore che sceglie direttamente osservando un modello tridimensionale riprodotto nei video digitali stereoscopici. 

Ma le coordinate 3D dei punti costituenti l'oggetto possono essere anche direttamente rilevate con l'acquisizione diretta di coordinate polari nello spazio (distanza, angolo orizzontale, angolo verticale di un vettore) tramite sistemi laser rotanti comunemente detti laser scanner. Sono nati così sistemi per la rilevazione diretta di nuvole di punti in modalità completamente automatica con densità regolabile a piacere. Non sono però definibili a discrezione i punti che vengono rilevati. 
E' indubbia l'importanza di una veloce acquisizione di una nuvola di punti su un oggetto, ma va considerato il fatto che il suo successivo trattamento per poter ottenere un elaborato di rilievo classico, adatto agli scopi di cantieri ancora molto tradizionali, necessita di complicate fasi di disegno e interpretazione.

Unendo i vantaggi dei due sistemi fotogrammetria + nuvola di punti 3D sono nati i sistemi ad image scanning, che coniugano tecniche fotogrammetriche per la successiva determinazione in automazione di nuvole di punti 3D da fotogrammi.

L'oggetto del test.

in questo test, realizzato in una difficile aerea in Iraq, il sito archeologico di UR, è mostrata la velocità con cui si riescono ad ottenere modelli 3D da immagini tramite una camera amatoriale preventivamente calibrata.

NikonD70Nikon D70 preventivamente calibrataL'oggetto è relativo ad una parte del prospetto sud-est dell'imponente opera della Ziqqurat. Il test è stato realizzato con l'esecuzione di circa 16 prese fotogrammetriche, realizzate da una comune camera amatoriale Nikon D70.

Le prese sono state eseguite con la stessa tecnica di un rilevamento aereo fotogrammetrico, eseguendo cioè una srisciata di fotogrammi scattati in modo che si ricoprissero di circa il 70% tra loro (zona stereoscopica). La camera è stata preventivamente semi-calibrata con classici metodi di self calibration basati sulla ripresa simultanea di un grande numero di punti noti.

 

 

Sotto l'etichetta Test 1 nella seguente mappa è individuata la zona ripresa da questa strisciata. Nel puntatore blu è riportato un video che illustra come si è proceduto per la restituzione.

Il software utilizzato per la ricostruzione del modello 3D, uMap di MenciSoftware consente di ricavare con un processo di bundle adjustment le posizioni che i centri di presa, nell'obiettivo della camera, avevano al momento dello scatto rispetto ad una serie di punti sull'oggetto riconosciuti in modalità automatica su diversi fotogrammi.

 

 

 

Eseguire un rilievo con tale metodo è abbastanza semplice, la sola accortezza che si deve usare è quella di avere prese che si ricoprono tra di loro per almeno il 60% in modo da consentire la ricostruzione geometrica della posizione di un punto nello spazio 3D da due punti di vista diversa, il che da origine anche alla visione stereoscopica. La distanza di presa invece è funzione della precisione richiesta. In un rilievo del genere per avere che la dimensione di un pixel dell'immagine corrisponda ad 1 cm reale ci si pone ad una distanza di ca 3-5 m con obiettivi da 20-30 mm di focale.

Le immagini seguenti sono una coppia delle 16 immagini utilizzate per il test:

DSC 5848

=====>| zona stereoscopica >60%            <80% |<======

-----------DSC 5850

 

Di seguito riportiamo i dati Exif per una delle immagini.

Exif parameters of DSC_5850 image

Spazio colore  sRGB
Rapporto zoom digitale 1
Versione Exif  2.2.1
Valore inclinazione esposizione 0
Modalit√† esposizione  Esposizione automatica
Programma esposizione  Priorit√† apertura
Tempo esposizione  1/100
Sorgente file  DSC
Flash  Senza flash
Versione FlashPix  1.0
Numero F 9
Lunghezza focale 18
Lunghezza focale pellicola 35mm 27
Controllo guadagno  Nessuna
Velocità ISO 200
Sorgente di luce  sconosciuto
Valore apertura massima 3,6
Modalit√† di misurazione  Modello
Dimensione pixel X 3.008
Dimensione pixel Y 2.000
Saturazione  Normale
Tipo di acquisizione scena  Standard
Tipo di scena  Immagine fotografata direttamente
Metodo di rilevazione  Sensore area colore (One-chip)
Nitidezza  Normale
Intervallo distanza soggetto  sconosciuto
Tempo < secondo 80
Tempo < secondo digitalizzato 80
Tempo < secondo originale 80
Bilanciamento bianco  Bilanciamento di bianco automatico
Compensazione flash 0
Distanza di messa a fuoco 10
Modalità di messa a fuoco 0
Numero di immagine 16.054
ID obiettivo 2.147.483.647
Informazioni obiettivo  18, 70, 3.5, 4.5
Modello obiettivo  AF-S DX Zoom-Nikkor 18-70mm f/3.5-4.5G IF-ED
Numero di serie  NO= 20024e7f    

 

 

 

Il modello 3D in PDF

Un modo semplice di fruire il modello è attraverso il nuovo formato 3D PDF di seguito riportato

 cliccate qui

 

 

Considerazioni importanti.

Questo test è stato condotto in assenza di georeferenziazione e senza rilevare alcuna misura sull'oggetto, questo a dimostrare la possibilità di realizzare velocemente modelli 3D anche senza operazioni topografiche, il cui solo limite è quello di essere a-dimensionali e non georiferiti.

D'altronde le misure topografiche possono essere effettuate anche successivamente o derivate da altre campagne di misura ed essere successivamente applicate per dare al modello il suo dimensionamento finale e la sua localizzazione esatta sul territorio.

In situazioni di emergenza in cui per vari motivi è necessario un rilievo speditivo, ma accurato, il sistema Image Scanning si è rivelato di particolare efficacia, candidandosi pertanto come uno dei migliori metodi per la documentazione archeologica e monumentale in situazioni a rischio, in cui trasportare costosi e pesanti strumenti di rilievo sia improponibile.

Una camera fotografica amatoriale come la Nikon D70 e un'ora di tempo per effettuare le prese, hanno consentito di realizzare successivamente in ufficio un modello 3D con ulteriori 3 ore di elaborazione dati.

Un risultato da non sottovalutare e da tenere presente in tutti gli interventi d'urgenza in situazioni a rischio. 

 

Renzo Carlucci

Fonte: Archeomatica

 

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