Orientamento delle immagini

L' orientamento è una delle fasi fondamentali del processo di produzione fotogrammetrico, sia che preveda la stereorestituzione, sia che preveda la produzione di DEM e ortofoto.
Con la diffusione di nuovi sensori, come i satelliti, le camere digitali, i sistemi di posizionamento GPS/INS questa attività si è modificata rispetto al passato ma rappresenta comunque una componente fondamentale del processo produttivo, soprattutto sotto l'aspetto della precisione.
Il sistema GDS permette di eseguire questa fase del processo in modo estremamente semplice ma al tempo stesso rigoroso ed altamente produttivo.
Una volta definita la struttura topologica del progetto di volo (cioè l'organizzazione delle immagini in strisciate e la sequenza delle immagini stesse all'interno della strisciata), il processo di orientamento è diviso in due fasi.

1. ORIENTAMENTO INTERNO

Questa fase consiste fondamentalmente nell’acquisizione del certificato di calibrazione della camera (focale, punto principale, distorsione obiettivo e dimensione del sensore).
Nel caso di camere digitali  non vi è alcuna collimazione di pixel ma le informazioni vengono attribuite automaticamente a tutte le immagini del progetto o ad alcune di esse (nel caso di progetti eterogenei, composti da prese di tipo differente) mentre nel caso di immagini analogiche scannerizzate bisogna procedere alla collimazione semiautomatica delle marche fiduciali nella prima immagine della strisciata. Per le successive immagini si può procedere sempre in modo semiautomatico oppure, in presenza del modulo Automatic AT, si può attivare una funzione di riconoscimento automatico delle marche fiduciali attraverso correlazione subpixel.
In ogni caso, alla fine di questa attività sono disponibili report di calibrazione che documentano la bontà dell’operazione, la eventuale deformazione dell’immagine, i residui sulle singole marche, ecc. allo scopo di agevolare le operazioni di collaudo.

2. ORIENTAMENTO ESTERNO

Questa fase, a seconda della configurazione del software e dei dati disponibili, può essere eseguita in molti modi.
Nel caso sia a disposizione un file ASCII con le coordinate dei centri di presa e gli angoli di assetto di ogni immagine (Xo, Yo, Zo), questo può essere importato direttamente nel progetto.
In alternativa va popolato l’archivio dei punti di appoggio (ground control points) inserendo a tastiera le coordinate calcolate, oppure importandole da un file ASCII esterno oppure collimandole su una mappa vettoriale esistente.
I punti di appoggio possono essere di tipo planimetrico, altimetrico o planoaltimetrico.
Per ogni punto è possibile definire una descrizione da utilizzare poi per la monografia ed è possibile definire la sua precisione a priori (e quindi il suo "peso" nel calcolo).
L’osservazione delle coordinate immagine dei punti è assistita dal software, sia attraverso funzioni di zoom automatico nella finestra monoscopica, sia attraverso il sistema di correlazione subpixel (se presente, in base alla versione).
In presenza di hardware di visione stereoscopica supportato, è anche possibile osservare in stereoscopia i punti esistenti per migliorare le collimazioni, oppure acquisirne di nuovi. Se il numero di punti è sufficiente, il programma esegue automaticamente l’orientamento relativo del modello e visualizza le parallassi residue. In ogni caso è possibile correggerle direttamente spostando indipendentemente una delle due immagini.
La visione stereoscopica è comunque possibile anche senza effettuare l’orientamento interno, per poter impiegare il software come un semplice stereoscopio.
Oltre ai punti di appoggio l’Utente può inserire dei punti di legame (tie points) tra le immagini di una stessa strisciata o tra immagini di strisciate differenti. Nella versione Automatic AT questa fase avviene in modo totalmente automatico.
Alla fine di questo processo, il sistema di compensazione a stelle proiettive (bundle block adjustment) provvede a risolvere il sistema ai minimi quadrati e a determinare l’assetto spaziale di ogni singolo fotogramma.

 

Tipi di dati supportati

Il sistema GDS supporta progetti di tipo aereo, terrestre (close range) e da satellite.
Nei primi due casi è prevista la soluzione dell’orientamento esterno per camere metriche (o semimetriche) a orientamento interno noto (quindi camere di cui si conoscono la lunghezza focale, il punto principale e la curva di distorsione radiale) oppure orientamento interno incognito (camere non metriche o amatoriali).
Per le immagini da satellite è previsto l’orientamento con il metodo RPC (Rational Polynomial Coefficient) con ottimi risultati.
Per quanto riguarda le immagini, i formati di file supportati direttamente sono : TIFF (a 8 o 16 bit per canale, in configurazione normale o tiled), ECW e JPEG 2000.
Gli altri formati raster (tra cui BMP, JPEG, GIF) possono essere comunque importati e convertiti. Grazie alla tecnologia proprietaria BigIMG, tutto il sistema GDS è ottimizzato per manipolare in tempi molto ridotti immagini di grandi dimensioni, con una gestione avanzata della RAM disponibile, senza degrado delle prestazioni e senza la necessità di generare immagini piramidali.
Per tutte le immagini è prevista la possibilità di intervenire sulla curva radiometrica di visualizzazione, per modificare la luminosità , il contrasto, la linearità e il bilanciamento del bianco, fondamentale per l’impiego con le nuove camere digitali a più di 8 bit per canale, come per esempio la DMC della Intergraph Z/I oppure la UltraCam della Vexcel/Microsoft.
La curva di risposta ottimale può essere trasferita automaticamente anche alle altre immagini del progetto.

L'output dei risultati

• l’analisi dell’orientamento interno delle immagini provenienti da camere analogiche;

• l’esportazione delle coordinate compensate dei punti di appoggio, di legame e di controllo (check points) complete di scarti e deviazione standard e segnalizzazione dei valori sopra soglia;

• la documentazione delle varie iterazioni dell’algoritmo di calcolo ai minimi quadrati, con il report delle condizioni iniziali, della dimensione del sistema e dei risultati finali.

Oltre ai tabulati, possono essere prodotti dei grafici in coordinate reali, in formato GCARTO oppure ESRI Shapefile contenenti :

• le ellissi di errore sui punti, amplificate di un fattore di scala impostabile;
  
  
• i vettori di scarto delle coordinate dei punti, amplificate di un fattore di scala impostabile, per individuare gli spostamenti applicati ai punti stessi i poligoni di abbracciamento al suolo dei fotogrammi, classificati per strisciata;
  
  
• il grafo di collegamento tra le immagini, con indicato per ogni arco il numero di punti di legame in comune tra le due immagini.

In aggiunta, sono esportabili in formato grafico schede monografiche dei singoli punti, con le coordinate, l’elenco delle osservazioni, ecc. e schede monografiche delle singole immagini con i punti osservati ed i dati di orientamento interno ed esterno.

GDS Automatic AT

produttività, affidabilità, precisione

Automatic AT è la versione più avanzata del sistema di orientamento immagini di GDS e consente di effettuare la triangolazione aerea in maniera automatica.
Questo prodotto è dotato di estrema facilità d’uso, unito alla velocità di elaborazione ed una completa serie di funzioni di analisi e ricerca di errori.
Oltre alle funzioni previste nelle versioni inferiori (Core ed AT), Automatic AT permette di eseguire l’orientamento interno automatico anche per le immagini provenienti da camere aeree analogiche.
Inoltre, la procedura di compensazione ai minimi quadrati è corredata di una opzione per trattare i dati GPS/INS dei centri di presa (es. determinati con sistema Applanix) in maniera integrata con le osservazioni dei punti di controllo, allo scopo di determinare gli errori sistematici e le derive (shift e drift) e abbattere quindi in modo significativo il numero di punti di appoggio necessari.
Questa tecnica è chiamata in letteratura "Integrated Sensor Orientation".
La parte più importante di GDS Automatic AT è comunque rappresentata dal sistema automatico di concatenamento tra le immagini.
In pratica, impostando solamente l’organizzazione delle immagini in strisciate, il programma è in grado di determinare automaticamente il livello di ricoprimento locale tra le varie immagini e di generare un numero estremamente elevato di punti di legame (circa 100-150 punti per modello stereoscopico) uniformemente distribuiti nell’area di sovrapposizione.
Per i punti così generati vengono poi calcolate e corrette per correlazione le osservazioni nelle altre strisciate, provvedendo quindi al concatenamento e alla formazione dell’intero blocco.
Adeguate funzioni basate su vari test statistici permettono di isolare gli errori grossolani e di eliminarli oppure di correggerli mediante collimazione manuale. Altre funzioni grafiche consentono di individuare le zone deboli del blocco, per poter mettere in atto le eventuali misure correttive.
Con un numero così elevato di legami, il blocco fotogrammetrico è estremamente stabile e vincolato, per cui l’effetto dei punti di controllo si riduce quasi a pura georeferenziazione del blocco stesso, di fatto senza possibilità di deformarlo.
Nel caso di impiego con le moderne camere digitali, che producono frame con abbracciamento al suolo molto ridotto rispetto alle camere tradizionali, l’elevata quantità di punti di legame si traduce in un enorme vantaggio sul piano della qualità del risultato, oltre che sul piano della produttività .
Si possono trattare nello stesso blocco immagini provenienti da diversi sensori (camere analogiche e digitali), immagini prodotte in epoche diverse e immagini acquisite a diversa risoluzione.
Il software di ricerca dei punti di legame supporta pienamente l’hardware multiprocessore o multicore, ed è in grado di sfruttarlo abbattendo sensibilmente i tempi di elaborazione.

Una soluzione modulare e scalabile...

Il sistema di orientamento delle immagini di GDS è disponibile in diverse configurazioni, a seconda delle necessità dell’Utente e dei dati a disposizione.

GDS Core

Setup del progetto, organizzazione della struttura del blocco in strisciate, orientamento interno automatico (per camere digitali) e assistito (per camere analogiche),importazione dei dati di orientamento esterno da file ASCII esterni, generazione di report, ecc.
Contiene inoltre utilità per la rotazione automatica delle immagini del progetto, la loro compressione e decompressione, e la stampa riepilogativa con i dati di orientamento interno ed esterno.

GDS AT

In aggiunta alle funzioni di GDS Core, acquisizione manuale di punti di controllo e di legame, compensazione a stelle proiettive (bundle blockadjustment) e produzione di report e monografie dei punti.

GDS Automatic AT

In aggiunta alle funzioni di GDS AT, orientamento interno automatico per camere analogiche, compensazione specifica con trattamento dei dati GPS/INS come osservazioni, generazione automatica di punti di legame, concatenamento automatico tra strisciate.

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