La fotogrammetria digitale si avvale oggi di innovative tecniche di trattamento dati basate su algoritmi specifici, del tutto compatibili con risorse di calcolo comunemente disponibili, che consentono di ricostruire la geometria delle superfici fisiche osservate, senza alcun tipo di vincolo sulle posizioni di scatto delle immagini o altri dati esterni di calibrazione. La fotogrammetria Structure from Motion (SfM), talvolta indicata con SfM-MVS (dove MSV indica Multi-View Stereo), è uno strumento estremamente versatile ed efficace nel rilievo sia per la semplicità e rapidità delle campagne di misura sia per l’efficienza del calcolo con software specifico che processa immagini di fotocamere digitali ad alta risoluzione e basso costo. Gli accorgimenti necessari per la buona riuscita di una campagna di misura SfM sono prevalentemente legati alla qualità delle camere digitali, alla dimensione dei pixel a terra con la distanza di acquisizione, alle condizioni di illuminazione solare durante il rilievo, alla posizione occupata dalla camera ed al suo orientamento nello spazio e, infine, alla buona e sovrabbondante sovrapposizione tra le immagini. La fotogrammetria SfM differisce dalla fotogrammetria digitale tradizionale perché la registrazione in uno stesso sistema di riferimento delle immagini rilevate ai fini della successiva ricostruzione fotogrammetrica è completamente automatica. Ad esempio, nel caso di un approccio del tipo feature-based, le corrispondenze tra immagini diverse sono ottenute mediante [Granshaw e Fraser, 2015]: (1) individuazione automatica di particolari morfologici corrispondenti in immagini di uno stesso oggetto acquisite da posizioni diverse mediante algoritmo SIFT (Scale Invariant Feature Transform) [Lowe, 1999]; (2) verifica delle corrispondente così individuate e soppressione delle false corrispondenze mediante algoritmo RANSAC (RANdom SAmple Consensus) [Fisher e Bolles, 1981]. Nel caso di un approccio del tipo area-based, il riconoscimento automatico di aree corrispondenti in immagini diverse è invece attuato considerando direttamente i valori di intensità. Tale tecnica è ormai spesso utilizzata nel rilievo di superfici naturali [Westoby et al., 2014; Teza et al., 2016]. Il risultato della modellazione mediante SfM delle immagini che rappresentano una porzione di territorio di interesse è una nuvola di punti fotorealistica, cioè un insieme denso di N punti del tipo {(xk , yk, zk , RGBk ), k = 1, 2,, N } , dove RGBk è il colore (vettore a tre componenti, una per canale) associato al punto di coordinate (xk , yk, zk ) . Da tale nuvola di punti è possibile trarre un modello digitale 3D testurizzato. È necessario precisare che ad una nuvola di punti SfM dev’essere assegnato un fattore di scala affinché essa possa divenire la rappresentazione di un oggetto reale in un sistema metrico. Tale fattore di scala può essere assegnato sia nella fase di allineamento delle immagini, cioè nella fase di registrazione delle stesse in uno stesso sistema di riferimento, dunque antecedentemente alla generazione della nuvola di punti, sia successivamente alla generazione della nuvola di punti. La prima soluzione richiede tuttavia o i dati sulle posizioni delle fotocamere (con errore massimo di 5-10 cm), o quelli sulle posizioni di alcuni punti di controllo a terra (con errore centimetrico). La seconda soluzione si basa invece sulla trasformazione da un dato sistema di riferimento non metrico ad uno metrico mediante roto-traslazione e fattore di scala utilizzando un approccio ai minimi quadrati. In questo lavoro si descrive il rilievo di un tratto di costa rocciosa posta presso l’abitato di Monterosso a Mare (La Spezia). Durante l’attività, inquadrata nell’ambito del progetto SCANCOAST, finanziato dalla Regione Liguria nell’ambito del Piano Operativo Regionale (2007-2013) Asse 1 Bando DLTM (Distretto Ligure delle Tecnologie Marine), è stata utilizzata la fotogrammetria SfM con acquisizioni effettuate dal mare con l’ausilio di una piccola imbarcazione, ponendo particolare attenzione alla fase di calcolo del fattore di scala. Nel caso specifico si è scelta infatti la seconda soluzione per l’attribuzione del fattore di scala (e contestuale georeferenziazione), al fine di simulare le condizioni di un rilievo eseguito in condizioni di emergenza, senza utilizzare punti di controllo a terra o piattaforme inerziali per georeferenziare con precisione la posizione della fotocamera durante il rilievo. In tal modo è possibile mostrare se e come dati significativi, utili ai fini del monitoraggio di un’area costiera, possano essere ottenuti in tempi molto brevi.

Published: 2021-10-15