Ing. Giampaolo Beretta
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Tag Archivio per: fotogrammetria

MODELLAZIONE DI OGGETTI CON AGISOFT METASHAPE STANDARD E CLOUD COMPARE

15 Maggio 2019/in FOTOGRAMMETRIA-RILIEVI

Ciao!
In questo articolo e nei video allegati ti mostro come realizzare un modello tridimensionale di un oggetto utilizzando la tecnica della fotogrammetria. In particolare, farò uso di due software: Agisoft Metashape Standard e Cloud Compare. La soluzione di utilizzare questi due software permette di contenere i costi in quanto, attualmente, il primo ha un prezzo di circa 180 dollari, mentre il secondo è gratuito (se vuoi, puoi sempre fare una donazione). Metashape, nella versione Standard, non permette di utilizzare dei riferimenti tipo i markers o le scale bars, pertanto la scalatura dei modelli 3D all’interno di tale software non è possibile. Tale possibilità viene offerta solo nella versione Professional che attualmente ha un costo di circa 3500 dollari. Nella scalatura del modello alle dimensioni reali ci viene in aiuto Cloud Compare. Con tale software è possibile anche unire due o più nuvole “allineandole”. Nel caso specifico, l’oggetto è stato fotografato sia sopra che sotto e le due nuvole di punti ottenute con Metashape Standard sono state poi allineate e unite in Cloud Compare in modo da ottenere un modello che sembri sospeso in aria, senza base di appoggio. L’elaborazione potrebbe anche finire qui tuttavia la nuvola così ottenuta conterrà delle zone nelle quali si ha la sovrapposizione di punti derivanti da entrambi i modelli e si potrebbero notare delle differenze in termini di qualità visiva. La cosa è risolvibile andando a modificare le due nuvole tenendo solo le parti che presentano una qualità migliore.

I video allegati sono organizzati così:
– Nel primo video ti mostro come eseguire gli scatti fotografici. Ti spiego come ho fatto io ed a cosa ho prestato attenzione. Francamente penso che si sarebbe potuto migliorare molto la gestione delle luci. Uno studio fotografico sarebbe perfetto. Io mi sono accontentato del soggiorno di casa mia. Una volta eseguiti gli scatti, ti mostro come trattarli in Metashape per ottenere come output due nuvole di punti dense (non scalate alle dimensioni reali).
– Nel secondo video eseguirò la scalatura e la referenziazione dei modelli rispetto ad un sistema di riferimento scelto da me. Unirò le due nuvole e le registrerò.
– Nel terzo ed ultimo video vedrai come smembrare le due nuvole e tenere solo le parti più interessanti.

Qui di seguito trovi alcune immagini che ho salvato durante l’elaborazione.

Esecuzione degli scatti fotografici.
Nuvole di punti dei due modelli.
Scalatura dei modelli alle dimensioni reali.
Modelli scalati alle dimensioni reali.
Modello finito.

Cliccando sull’immagine seguente potrai esplorare il modello 3D.

Qui sotto trovai i link ai video che ho caricato su YouTube.

Ti ricordo che mi trovi anche su Telegram (https://t.me/giampaoloberetta) dove ho aperto un canale nel quale vi parlo della mia attività e condivido informazioni (https://t.me/inggiampaoloberetta).

Ciao!

RILIEVO FOTOGRAMMETRICO AD ALTEZZA COSTANTE E QUOTA VARIABILE

24 Aprile 2019/in FOTOGRAMMETRIA-RILIEVI

Ciao!
In questo articolo e nei video allegati ti mostro come puoi pianificare una missione di volo di un drone facendolo volare ad altezza costante rispetto al terreno, ma a quota variabile. Per farlo ti proporrò due strade diverse che contemplano l’uso di due combinazioni diverse di software:

  1. Il software open source QGIS e l’applicativo web Mission Hub di Litchi. La soluzione è a basso costo, ma i risultati ottenibili, a mio avviso, sono davvero interessanti.
  2. Il software Sierrasoft Land ed ancora l’applicativo web Mission Hub di Litchi. In questo caso, a mio avviso, si ottengono dei risultati più attendibili e la procedura è più veloce.

Per pianificare la missione ti metto a disposizione un foglio Excel realizzato da me nel quale trovi inseriti i dati relativi alla fotocamera del DJI Phantom 4 Pro, ma funziona anche per altre fotocamere. Basta inserire i dati corretti. Il foglio Excel pone come dato di partenza il GSD (Ground Sample Distance) ed in base ai parametri che imposterai calcolerà l’altezza di volo massima del drone. La velocità massima in avanzamento e la distanza trasversale tra le strisciate dipendono, invece, dall’intervallo tra gli scatti e dalla percentuale di sovrapposizione tra essi. Non ti spiego la teoria che sta alla base dei calcoli. Puoi trovare le spiegazioni che ti servono in articoli facilmente reperibili su internet. In fondo alla pagina ti lascio i riferimenti del sito di 3DMetrica dove potrai trovare tutto quello che ti serve.
Una volta pianificata la missione, deducendo i parametri dal foglio Excel, ti mostro come realizzare la parte grafica per tracciare la rotta. Ne caso del punto 1 si può fare con QGIS (o Autocad come ho fatto io solo perché mi risulta più comodo), mentre nel caso del punto 2 si può utilizzare Land. La rotta poi verrà passata a Mission Hub per creare la missione automatica. Quando sarai in campo dovrai solo settare le impostazioni di scatto (intervallo, ISO, aperture, tempi, pitch, ecc.).
I procedimenti che ti mostro ti lasciano molta libertà di creazione delle missioni. Puoi anche inserire dei tratti al di fuori della classica serpentina, oppure creare più missioni, a livello grafico, da eseguire singolarmente con Litchi.

Gli esempi che ti mostro nei video contemplano la realizzazione di una missione nelle quali l’asse della camera è sempre posto in posizione nadirale, qualsiasi sia l’inclinazione del pendio sottostante. Questo provoca una variazione dei parametri impostati nel foglio Excel come, ad esempio la percentuale di sovrapposizione degli scatti. Inoltre, all’interno dei singoli scatti, il GSD sarà variabile. Nelle parti di terreno a quota maggiore si avrà un GSD inferiore (perché più vicine al drone), mentre nelle parti di terreno a quota inferiore si avrà un GSD maggiore (perché poste a maggior distanza dal drone. L’unico modo per avere un GSD costante, all’interno dei singoli scatti, sarebbe quello di inclinare la camera con l’asse ottico perpendicolare al versante. Lascio a te la scelta.

Ti lascio il link ad un articolo dove ti mostro come georeferenziare un’immagine con Autocad.

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Ora ti lascio alla visione dei due video.
Ciao!

FOGLIO EXCEL PER GEOREFERENZIARE IMMAGINI
FOGLIO EXCEL PER PIANIFICARE LA MISSIONE

1. PIANIFICAZIONE CON QGIS E MISSION HUB

2. PIANIFICAZIONE CON SIERRASOFT LAND E MISSION HUB

FOTOGRAMMETRIA: INFORMAZIONI DI POSIZIONE E ORIENTAMENTO DEGLI SCATTI

12 Aprile 2019/in FOTOGRAMMETRIA-RILIEVI

Per l’elaborazione di un rilievo fotogrammetrico vengono utilizzati dei software specifici in grado eseguire una ricostruzione tridimensionale del soggetto partendo dai dati contenuti nelle foto.

Il primo passo è quello di trovare il giusto orientamento degli scatti fotografici tramite l’individuazione di punti omologhi tra i fotogrammi. Il software, in pratica, cerca dei punti che rappresentino la medesima parte del soggetto in due o più scatti. Sulla base della posizione di tali punti all’interno dello scatto e dei parametri della fotocamera (caratteristiche del sensore e dell’ottica) vengono determinate la posizione e l’orientamento degli scatti, nonché la posizione dei punti nello spazio. Tale procedura viene agevolata se si dice al software quali dati
utilizzare come primo riferimento per l’orientamento degli scatti e per la risoluzione delle equazioni di collinearità. Tali dati sono da ricercare all’interno dei file degli scatti fotografici prodotti dalla camera digitale. Infatti, ogni scatto racchiude in se dei dati Exif (Exchangeble image format) inerenti una moltitudine di parametri, dalle caratteristiche del sensore ai parametri di scatto fino alla posizione geografica della camera e perfino all’orientamento della stessa.

Nel video che segue, vi mostro come estrarre, dai file delle immagini, i dati che ci interessano per velocizzare l’allineamento degli scatti. La procedura illustrata crea un file .txt contenente i dati di tutte le fotografie elaborate. Qui potete anche scaricare i file necessari.

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EXIF POSIZIONE E ORIENTAMENTO

DRONI E AREE IN DISSESTO IDROGEOLOGICO

25 Marzo 2019/in FOTOGRAMMETRIA-RILIEVI

Il rapporto sul dissesto idrogeologico in Italia, elaborato dall’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA), riporta un quadro aggiornato sulla pericolosità per frane e alluvioni nel territorio nazionale. I dati mettono in evidenza che il 19.9% della superficie nazionale è a rischio frane e ben l’8.4% con pericolosità molto elevata o elevata.

Alle aree a rischio frana vanno aggiunte quelle a rischio alluvione che hanno una superficie del 23.4% di quella nazionale.

Mettendo assieme frane e alluvioni si ottiene la mappa seguente:

La superficie delle aree classificate a pericolosità da frana elevata o molto elevata e/o idraulica media ammonta complessivamente al 16,6% del territorio nazionale. Impressionante!

Un quadro generale come quello mostrato dal Rapporto ISPRA pone in evidenza come debbano essere messe in campo delle strategie di prevenzione e difesa efficaci. In questo ambito ritengo che i droni possano davvero offrire un valido aiuto. Si pensi, ad esempio, alla possibilità di effettuare dei sorvoli su zone pericolose dove è appena avvenuta una frana o si sospetta possa avvenire. Oppure affidarsi ai droni per controllare l’efficacia e lo stato di degrado di opere di consolidamento già realizzate. Spesso si tratta di zone la cui accessibilità è limitata a causa dell’elevata pendenza, della mancanza di strade o semplicemente perché le opere a verde realizzate stanno facendo bene il loro lavoro crescendo e moltiplicandosi. Uno sguardo dall’alto può sicuramente dare una mano. Il periodo migliore per i sopralluoghi, almeno qui dalle mie parti, in Trentino, è l’inizio della primavera. Gli alberi non hanno ancora le nuove foglie e durante l’inverno si sono completamente spogliati di quelle vecchie grazie alla neve ed al vento. Il suolo è libero dalla neve e le opere di difesa si vedono bene. Inoltre si possono vedere eventuali danni provocati da valanghe recenti o dai torrenti creati dal disgelo.

Nel video qui sotto vi porto in Val di Ledro (TN), nella Val Scaglia, dove il Servizio Bacini Montani della Provincia Autonoma di Trento ha realizzato delle opere di ripristino e difesa dalle frane. Si tratta di un versante che sta subendo una forte erosione ed i detriti vengono trasportati a valle dal torrente Assat fino al Lago di Ledro. Le opere realizzate sono volte a limitare questo fenomeno. Dal video sono ben visibili la canaletta principale al centro e quelle laterali a spina di pesce, nonché le palificate vive per il sostegno del terreno. Lungo il torrente sono state realizzate, in tempi non recenti, numerose briglie.

Dal video si capisce come, in pochi minuti, sia stato possibile visionare lo stato delle opere distribuite su un dislivello di oltre 250 m (130 verso l’alto e 120 verso il basso). Con una batteria del Phantom 4 Pro si riesce ad ispezionare una zona molto vasta, tuttavia sarebbe bene farsi dire prima, dai responsabili del progetto, le parti a cui bisogna dedicare maggior attenzione o addirittura farsi accompagnare. In questo caso è utile avere anche un doppio LCD.

In fase di programmazione dell’intervento si sarebbe potuto far ricorso alla fotogrammetria da drone rilevando la zona con una determinata cadenza temporale. In questo modo sarebbe stato possibile determinare il volume di detriti trasportati a valle nel periodo di tempo intercorso tra un rilevo e quello successivo.

Vi lascio alla visione del video e vi ricordo che mi trovate anche su Telegram (https://t.me/giampaoloberetta) dove ho aperto un canale nel quale vi parlo della mia attività e condivido informazioni (https://t.me/inggiampaoloberetta).

Ciao!

P.S. Le tabelle e le immagini di questo articolo sono tratte dalla sintesi del Rapporto ISPRA 2018.

FOTOGRAMMETRIA CON METASHAPE STANDARD E CLOUD COMPARE

16 Marzo 2019/in FOTOGRAMMETRIA-RILIEVI

In questo articolo descriverò come realizzare un rilievo fotogrammetrico utilizzando i software Metashape Standard della Agisoft e Cloud Compare. Metashape Standard è la versione base del software, infatti ne esiste anche una Professional che ha molte più funzioni e, soprattutto, permette di ottenere dei modelli scalati alle dimensioni reali. La differenza di prezzo tra le due versioni è notevole. Attualmente la versione standard costa 179 dollari, mentre quella Professional 3499 dollari. Cloud Compare, invece, è gratuito ed open source.
In calce a questo articolo troverete i riferimenti ad un video nel quale ho mostrato come utilizzare i due software per sviluppare un rilievo fotogrammetrico riportando i risultati ottenuti in termini di accuratezza rispetto ai punti rilevati in loco con uno strumento GNSS.
Non posso e non voglio affermare che questi due software rappresentano un’alternativa a soluzioni più complete in quanto ognuno potrà valutare se l’accuratezza ottenuta sia sufficiente per il lavoro che deve svolgere, oppure se sia necessaria un’accuratezza maggiore.

A mio avviso, come spiegato nel video, l’accuratezza del rilievo di prova che ho eseguito può essere migliorata aumentando la sovrapposizione trasversale tra le foto ed editando la nuvola sparsa di punti. Inoltre, un più accurato posizionamento di un paio di Ground Control Points (GCP) avrebbe giovato.

Il procedimento che illustrerò nel video si articola nei seguenti passaggi:

1 – Pianificazione del volo in termini di rotta che l’APR dovrà seguire, intervallo tra gli scatti, GSD, velocità di crociera, sovrapposizione tra i fotogrammi. In questo passaggio ho utilizzato un foglio di calcolo realizzato da me per la pianificazione della missione, il software open source QGIS e Mission Hub di Litchi.

2 – Per l’esecuzione del volo ho utilizzato un Phantom 4 Pro ed ho scattato 211 fotografie che ho elaborato con Metashape Standard. L’allineamento dei fotogrammi non è stato ottimizzato con i Ground Control Points (GCP) in quanto la versione Standard del software non lo permette. Questo implica che la nuvola densa risultante dall’elaborazione conterrà in sé una deformazione non lineare che non può essere corretta. Inoltre, il modello non sarà scalato alle dimensioni reali.

3 – Ho caricato la nuvola densa in Cloud Compare assieme alla “nuvola” dei punti rilevati con lo strumento GNSS. Il software permette di allineare le due nuvole con una trasformazione a sette parametri: tre traslazioni, tre rotazioni ed una variazione di scala. La deformazione non lineare non è risolvibile. Il procedimento di georeferenziazione avviene creando una corrispondenza tra i punti della nuvola (centro dei GCP) ed i punti rilevati in loco.

Nuvole di punti densa e punti rilevati.

Risultato della georeferenziazione.

4 – Per determinare l’accuratezza dell’elaborazione del rilievo fotogrammetrico, ho estratto dalla nuvola le coordinate dei GCP.

Poi le ho confrontate con le coordinate dei medesimi punti rilevati con lo strumento GNSS.

A questo punto l’accuratezza del rilevo, almeno in corrispondenza dei GCP, è nota.

5 – Il passo successivo è stato quello di eseguire l’ottimizzazione dell’allineamento delle foto sfruttando i GCP. Questa funzione, come detto, non è presente nella versione Standard di Metashape, ma nella Professional c’è. La nuvola densa così ottenuta è stata importata in Cloud Compare dal quale ho estratto le coordinate dei GCP mettendole poi a confronto con quelle rilevate.

Come si può notare dal confronto con la tabella riportata al punto 4, gli scarti planimetrici sono più o meno gli stessi, mentre le quote sono state corrette.

6 – Ho voluto eseguire un’ulteriore prova mettendo a confronto le due nuvole di punti per valutare quanto influisca la deformazione non lineare del modello. Per farlo ho importato le due nuvole in Cloud Compare e gli ho chiesto di determinare la distanza tra le due nuvole separando le tre componenti lungo gli assi cartesiani x, y, z (Est, Nord, Quota).

Distanza tra nuvole lungo l’asse z.
Distanza tra nuvole lungo l’asse z nella zona di interesse.

La maggior parte dei punti ha una distanza compresa tra -10 cm e +10 cm dalla nuvola non distorta.

Nel seguito riporto un video che ho caricato su YouTube nel quale mostro l’intero procedimento ed i risultati ottenuti. Come al solito sono ben accetti i vostri riscontri. Intanto vi auguro buona visione.

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Ciao!

RILIEVO FOTOGRAMMETRICO DI UNA PARETE ROCCIOSA UTILIZZANDO QGIS, AUTOCAD E LITCHI

3 Febbraio 2019/in FOTOGRAMMETRIA-RILIEVI

In questo articolo ti voglio mostrare come, grazie all’intervento di Autocad, sia possibile programmare delle missioni di volo che seguano una rotta generica nello spazio, in particolare una serpentina contenuta in un piano con una determinata inclinazione. Per l’esposizione mi servirò di due video che ho caricato su YouTube in quanto ritengo che sia il modo migliore per mostrare i vari passaggi rimarcando quelli in cui bisogna prestare maggior attenzione. Chiedo perdono per il tono soporifero della mia voce. Il fatto è che, dovendo anche eseguire i vari passaggi al PC, spiegandoli, devo necessariamente andare lentamente. Spero che non vi addormentiate. Per chi vuole solo capire come funziona il procedimento, consiglio di riprodurlo a velocità 1.5x. Chi, invece, vuole seguirmi nei vari passaggi, lo lasci a velocità normale.

Nell’esposizione ho utilizzato una copia antiquata di Autocad, la versione LT 2007. Questo, in realtà, è per mettere in evidenza che gli strumenti necessari per pianificare una missione di questo tipo sono davvero basilari. LT 2007 non gestisce gli oggetti 3D (solidi, superfici, polilinee 3D) e nemmeno l’importazione delle immagini. Per quanto riguarda il disegno in 3D, ho risolto non ricorrendo al tracciamento di polilinee 3D per la rotta, ma utilizzando solo linee e punti. Per quanto riguarda l’importazione dell’immagine di sfondo, invece, ho utilizzato un file generato con Autocad Full nel quale è presente un riferimento esterno ad un’immagine. Tale file può essere aperto anche da LT 2007 ed il collegamento all’immagine può essere ricreato. In calce all’articolo trovate il file .dwg con il riferimento ad un file MAPPA.jpg. Basta salvare l’immagine con tale nome nella stessa cartella del file .dwg ed all’apertura la mappa verrà caricata. Come software topografico utilizzo Sierrasoft Land nel quale potrei importare la mappa georeferenziata e tracciare la polilinea 3D della rotta, tuttavia, se avessi mostrato questo procedimento, sarebbe stato valido solo per i possessori di Land. Per quanto riguarda Autocad LT, invece, immagino che qualsiasi tecnico abbia a disposizione una versione equiparabile o superiore di un CAD.
Come spiego nel primo video, l’immagine da importare in Autocad necessita di essere georeferenziata. In un altro articolo/video spiegherò come fare senza ricorrere all’uso di un software topografico.
Per quanto riguarda il file Excel per la pianificazione della missione, potete scaricare il file che trovate qui sotto avendo l’accortezza di scambiare i valori inseriti per le dimensioni in pixel del sensore.
Detto questo, vi auguro una buona visione.

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Ciao!

PIANIFICAZIONE MISSIONE PHANTOM 4 PRO
FILE AUTOCAD LT 2007 (compresso)

Con il video successivo rispondo ad un quesito che mi ha posto Luca relativamente alla programmazione della missione di volo utilizzando solo QGIS e Litchi, bypassando, quindi, Autocad. Un grazie a Luca.

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