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Sommario Fotogrammetria Ghiacciaio dei Forni Ghiacciaio Exploradores Ghiacciaio Lys

La fotogrammetria diretta close-range comestrumento di modellazione 3d in glaciologia:

applicazioni nelle Alpi e nella Patagonia cilena

A. Nascetti, M. Di Rita, R. Ravanelli, M. Fortunato, C. F. Tagliacozzi, V.Belloni, A. Mazzoni, M. Crespi

Area di Geodesia e GeomaticaDICEA - Universita di Roma ”La Sapienza”

Sala Monumentale della PCM - Galleria Sordi

October 5, 2017A. Nascetti, M. Di Rita, R. Ravanelli, M. Fortunato, C. F. Tagliacozzi, V. Belloni, A. Mazzoni, M. Crespi5 ottobre 2017 1 / 35


SommarioFotogrammetria

Fotogrammetria Close-RangeStructure-from-Motion e Fotogrammetria Stereo Multi-View

Ghiacciaio dei ForniElaborazione dei datiValidazione dei datiConsiderazioni finali e conclusioni

Ghiacciaio ExploradoresElaborazione dei datiValidazione dei datiConsiderazioni finali e conclusioni

Ghiacciaio LysElaborazione dei datiValidazione dei datiConsiderazioni finali e conclusioni

A. Nascetti, M. Di Rita, R. Ravanelli, M. Fortunato, C. F. Tagliacozzi, V. Belloni, A. Mazzoni, M. Crespi5 ottobre 2017 2 / 35


Fotogrammetria Close-Range

Cenni di Fotogrammetria

La fotogrammetria e una tecnica dirilievo che permette di otteneregeometria, informazioni metriche eposizione di oggetti tridimensionalitramite interpolazione e misura diimmagini fotografiche tradizionali odigitali

Differenti tipi di FotogrammetriaLa Fotogrammetria puo essere suddivisa, in base a:

I tipo di presa utilizzata: Fotogrammetria aerea e terrestreI tipo di elaborazione: Fotogrammetria analogica e analiticaI tipo di fotografia utilizzata: Fotogrammetria classica e digitale



Structure-from-Motion e Fotogrammetria Stereo Multi-View

Fotogrammetria Close-RangeLa Fotogrammetria terrestre viene chiamata Fotogrammetria dei Vicini oppureFotogrammetria Close-Range quando gli oggetti interessati risultano posizionatiad una distanza dell’ordine di grandezza delle decine o delle centinaia dimetri dalla camera da presa fotogrammetrica




Sviluppi tecnologici

Principali strumentiI Structure-from-MotionI Fotogrammetria Stereo Multi-View

MotivazioniI RapiditaI EconomicitaI Grande efficacia nel creare modelli tridimensionali

Principale novitaParametri di orientamento relativo ricavati automaticamente




Come agiscono Structure-from-Motion eFotogrammetria Stereo Multi-View?

Structure-from-MotionSfrutta algoritmi di computer vision

I estrae i tie points e allinea leimmagini

I stima la posizione delle camereI estrae una nuvola di punti sparsi

Fotogrammetria Stereo Multi-ViewSfrutta il lavoro svolto dallaStructure-from-Motion

I effettua un matching denso tratutti i fotogrammi orientati

I genera una nuvola densaI genera la mesh

Come posizioniamo nel mondo il modello?GCPs e/o Coordinate GPS dei centri di presa delle camere



Caso di studio: Ghiacciaio dei Forni

Caratteristiche generaliI Posizione: Porzione Lombarda del Parco dello StelvioI Estensione Areale: 11.34 km2



Elaborazione dei dati

Acquisizione dei datiImmagini

I 70 immagini da 7 transettidifferenti con una camera NikonD700 utilizzando due focali: 85mme 180mm

Dati GPSI I centri di presa di 15 camereI 15 paline sulla fronte del

ghiacciaioI dati sono stati acquisiti conun’accuratezza globale di 5-10 cm




Processing con Agisoft Photoscan

I Agisoft PhotoScan e un software che implemementa una tecnicafotogrammetrica digitale, applicando gli algoritmi di computer vision e lepiu recenti tecnologie multi-view, per generare dati spaziali 3D




1◦ Step: Allineamento delle immaginiAlign Photos

I Individuazione tie pointsI Stima della posizione dei centri di presaI Stima dei parametri di calibrazione interna




2◦ Step: Creazione della nuvola densa di puntiBuild Dense Cloud

I Infittisce la nuvola di punti sparsa costituita dai tie pointsI Permette di generare un modello meno approssimato




3◦ Step: Creazione della MeshBuild Mesh

I Permette di creare una Mesh, ovvero una collezione di vertici, spigoli epunti che definisce la forma del modello




4◦ Step: Applicazione della textureBuild Texture

I Permette di applicare una texture fotografica al modello generato




Profilo della parte iniziale del Ghiacciaio



Validazione dei dati

Parametri statistici delle mappe d’errore




Sovrapposizione del modello in Google Earth



Considerazioni finali e conclusioni

Considerazioni sui risultati ottenutiUtilizzando solo i centri di presa della camere:

I si ottengono i medesimi risultati in termini di georeferenziazione delmodello generato

I e possibile ottenere i medesimi risultati anche diminuendo il numero dicoordinate GPS, purche le informazioni GPS posseggano un’accuratezza dicirca 5-10 cm

I non e necessario salire sul ghiacciaio

Come ottimizzare l’applicazione del metodo?I Acquisire immagini da transetti continuiI Acquisire le informazioni GPS con la massima accuratezza possibileI Se si decide di utilizzare le paline e necessario riprenderle in almeno 3

immagini




Dalle Alpi alla Patagonia




Caso di studio: Ghiacciaio Exploradores

Caratteristiche generaliI Posizione: Patagonia cilenaI Estensione Areale: 95 km2




Acquisizione dei dati

ImmaginiI Centinaia di immagini da

transetti differenti con unacamera da 32 MPixel e conlunghezze focali di 70 mm, 105mm e 200 mm

Dati GPSI I centri di presa di 223

immagini, con un’accuratezzaglobale di 5-10 cm




Processamento dei datiAllineamento delle immagini Creazione della nuvola densa




Processamento dei dati

Creazione della mesh

Creazione del DEM




Modello ottenuto

I Sono state utilizzate solo leimmagini con focale 70 mm(blocco piu consistente)

I Per ottimizzare l’allineamento sonostati posizionati 17 markers

I Il modello ricostruisce fedelmente ilghiacciaio solo nell’area piuprossima ai transetti

Mesh con Agisoft




Considerazioni sui risultati ottenuti

Agisoft PhotoscanI Software black boxI Il software ha evidenziato un comportamento euristico che non permette

la replicabilita dei risultatiI L’allineamento restituisce risultati variabili fino a due ordini di grandezza

Modello del ghiacciaioI Le immagini sono state suddivise in blocchi (chunk) con medesima focale

per facilitare l’allineamentoI Per blocchi poco numerosi il modello ricostruito e inconsistenteI Le dimensioni del ghiacciaio e i limiti di rilievo inficiano fortemente la

qualita del modello ricostruito




Caso di studio: Ghiacciaio Lys

Caratteristiche generaliI Posizione: Versante sud del Monte Rosa in Valle d’AostaI Estensione Areale: 10.78 km2




Acquisizione dei dati

ImmaginiI 130 immagini da transetti

differenti con una camera da 18MPixel e con lunghezze focali di55 mm, 53 mm e 35 mm

Dati GPSI I centri di presa di 6 immagini




Processamento dei dati

Allineamento delle immagini Creazione della nuvola densa




Processamento dei datiCreazione della mesh Creazione del DEM




Sovrapposizione del modello in Google Earth

Problemi in fase di acquisizioneI Non e stato possibile acquisire le

immagini in modo ottimaleI Sono state acquisite le coordinate

di un numero limitato di centri dipresa

Modello del ghiacciaioI Il modello ricostruisce fedelmente il

ghiacciaio solo nell’area piuprossima ai transetti




Considerazioni sui risultati ottenutiVantaggi della tecnica utilizzataLa fotogrammetria diretta close-range risulta uno strumento idoneo allamodellazione 3d in ambito glaciologico. I principali vantaggi sono:

I rapidita nel rilievoI economicita delle attrezzature utilizzateI “correzione” di errori commessi in fase di acquisizione




Grazie per l’attenzione


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