Come si producono ortofoto e modelli 3D con la fotogrammetria? Sovrapposizione, GSD e punti di appoggio

Una foto non è una misura; molte foto che vedono lo stesso punto possono diventarlo.

Dalla foto alle coordinate: come funziona

Il software di fotogrammetria trova prima lo stesso dettaglio (un sasso, l'angolo di una linea) in più foto e lo abbina. Quando almeno due foto, e preferibilmente di più, vedono lo stesso punto, si possono calcolare le posizioni e le direzioni di presa della camera insieme alla posizione tridimensionale del punto. Questo passaggio si chiama compensazione a stelle proiettive (bundle adjustment); la lunghezza focale e la distorsione dell'obiettivo vengono di solito stimate nello stesso calcolo. La correlazione densa produce poi una nuvola di milioni di punti e, da questa, un modello della superficie, un'ortofoto e un modello 3D texturizzato. Ogni anello della catena poggia sul precedente: se l'abbinamento è debole, nessuno dei prodotti successivi sarà buono.

Dimensione del pixel a terra: quanti centimetri misura un pixel?

La dimensione del pixel a terra (GSD, ground sample distance; YÖA in turco) è la misura di un pixel sul terreno. Per una foto nadirale si calcola approssimativamente così: GSD = larghezza del sensore × quota di volo ÷ (lunghezza focale × larghezza dell'immagine). Per esempio, con un sensore largo 13,2 mm, una focale di 8,8 mm e un'immagine larga 5472 pixel, una foto scattata da 100 m ha un GSD di circa 2,7 cm; a 50 m si dimezza. In Türkiye il Regolamento sulla produzione di carte e informazioni cartografiche a grande scala fissa un limite massimo per il GSD delle foto aeree: 10 cm per carte e ortofoto in scala 1:1000 e 5 cm in scala 1:500. Un GSD più piccolo mostra più dettagli, ma da solo non è accuratezza.

Sovrapposizione: quante foto devono vedere ogni punto?

La sovrapposizione longitudinale è l'area comune a due foto consecutive della stessa strisciata; quella laterale è l'area comune a due strisciate vicine. Lo stesso regolamento chiede di pianificare la ripresa aerea con camere metriche con almeno il 70% di sovrapposizione longitudinale e il 30% laterale, e impone l'80% longitudinale e il 60% laterale per le true ortho. Nei rilievi con drone le camere sono più piccole e i voli più bassi, quindi la maggior parte dei progetti si pianifica con percentuali più alte; aumentare la sovrapposizione su boschi e superfici piatte e uniformi è ciò che salva l'abbinamento. Volare un po' oltre l'area alla fine di ogni strisciata garantisce che anche i bordi siano visti da abbastanza foto.

Punti di appoggio e punti di controllo

I punti di appoggio (GCP) sono target le cui coordinate si misurano in campagna con GNSS o stazione totale e che si possono riconoscere nelle foto; legano il modello al sistema di coordinate corretto. Si distribuiscono agli angoli e lungo i bordi del blocco e al suo interno; punti allineati lungo una sola linea lasciano il modello libero di ruotare attorno a quell'asse. I punti di controllo non partecipano alla compensazione e servono solo a verificare il risultato. Il regolamento richiede che l'errore quadratico medio sui punti di controllo dopo la compensazione del blocco resti entro 0,75 × GSD in planimetria e 1 × GSD in quota. Con un GSD di 5 cm significa al massimo circa 3,75 cm in planimetria, ma solo quando il criterio è davvero rispettato. Anche con RTK o PPK a bordo servono comunque punti di controllo indipendenti.

Ortofoto, true ortho e modello 3D

Un'ortofoto elimina gli spostamenti dovuti al rilievo, la distorsione dell'obiettivo e l'inclinazione della camera, così che la foto si possa misurare come una carta. Poiché lo fa con un modello del terreno (il suolo nudo), edifici alti e ponti sembrano inclinati e i bordi dei tetti si spostano rispetto alla loro posizione reale a terra. La true ortho usa invece un modello della superficie e mostra gli oggetti nella loro reale posizione planimetrica; per questo richiede più sovrapposizione. Un modello 3D texturizzato è il modello della superficie con le foto applicate sopra: ideale per esaminare visivamente facciate, scarpate e cumuli, ma per misurare si basa comunque sui punti di appoggio.

Prima del volo: luce, superfici e registrazioni

A rovinare di più l'abbinamento sono le foto stesse. Il regolamento chiede che, nella ripresa aerea, il sole sia a più di 30 gradi sopra l'orizzonte; ombre lunghe e riflessi creano problemi. Su superfici prive di tessitura, come acqua, neve, campi piatti appena arati e tetti uniformi, il software non trova nulla da abbinare. Fai attenzione al tempo di posa per evitare il mosso. In Türkiye i voli con drone sono soggetti alle regole di registrazione e autorizzazione della Direzione generale dell'aviazione civile (SHGM). Conserva insieme le foto, l'elenco dei punti di appoggio e il sistema di coordinate e il tipo di quota (ellissoidica o ortometrica) con cui i punti sono stati misurati; se i tipi di quota si mescolano, il modello può spostarsi di decine di metri verso l'alto o verso il basso.

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