Antonella di Luggo » 16.La fotografia nel rilievo. Metodi e strumenti per il rilievo fotogrammetrico

La fotografia nel rilievo

La fotografia costituisce un supporto fondamentale per tutte le operazioni di rilievo che si accompagna a tutte le fasi di acquisizione dei dati. In molti casi la fotografia costituisce essa stessa un documento utile ai fini del rilievo in quanto è possibile derivare dall’immagine fotografica alcune informazioni utili per la determinazione metrica degli elementi. Ciò è possibile nei casi in cui la fotografia venga scattata facendo attenzione a porre il piano della pellicola in modo del tutto parallelo all’elemento di interesse, cercando inoltre di far sì che l’asse della macchina fotografica risulti orizzontale.

Diversamente il dato fotografico può essere utilizzato solo come supporto figurativo ed è il caso ad esempio del rilievo del degrado dove il supporto fotografico costituisce un utile strumento di lavoro.

La fotografia nel rilievo (segue)

Mantenendo il piano della pellicola parallelo al piano della rappresentazione si conserva la proporzionalità tra le varie misure. In molti casi ci si può avvalere di un sistema metrico da inserire nella fotografia a cui riferire le dimensioni delle singole parti. In particolare, nel rilievo archeologico, per il rilievo delle murature è possibile utilizzare un telaio costituito da una maglia quadrata di dimensioni note a cui riferire la zona interessata.

La fotogrammetria

Si intende per fotogrammetria: l’insieme dei processi di utilizzazione della fotografia nella documentazione architettonica e nella formazione di cartografie.

La fotogrammetria si distingue in:

1. fotogrammetria terrestre per riprese dalla superficie del suolo;
2. fotogrammetria aerea per riprese da piattaforma aerea.

Il rilievo fotogrammetrico viene utilizzato:

• per rilievi di elevata precisione;
• per recepire una grande quantità di informazioni;
• per rilievi di grandi dimensioni o in presenza di notevole complessità di forme architettoniche;
• nel rilievo urbano, per il rilievo di prospetti di edifici.

Il rilievo aerofotogrammetrico viene utilizzato per il rilievo delle coperture e di andamenti planimetrici.

Fotogrammetria monoscopica e stereoscopica

La fotogrammetria può essere:

Monoscopica

• La ripresa è da un solo punto di vista;
• si usa la monocamera (metrica o semimetrica);
• per restituire si usa una sola immagine fotografica;
• la  restituzione è  sul piano bidimensionale.

Viene utilizzata per: supporto al rilievo, proporzioni, degrado; restituzione prospettica e fotoraddrizzamento.

Stereoscopia

• La ripresa è da due punti di vista;
• si usano le bicamere (metriche o semimetriche) o le camere da presa aerofotogrammetriche;
• per restituire ci si serve di una coppia di fotogrammi;
• la restituzione è tridimensionale.

Viene utilizzata per la fotogrammetria terrestre e per la fotogrammetria aerea.

Camere metriche

Monocamera: è uguale ad una comune macchina fotografica.

Le monocamere possono essere metriche o non metriche.

Nella camera metrica viene garantito che:

1. l’obiettivo sia esente da distorsioni;
2. l’asse ottico sia perpendicolare al piano della pellicola;
3. l’asse ottico si trovi in posizione nota rispetto al centro del fotogramma.

Il fuoco della pellicola è generalmente fisso e di lunghezza nota così da conoscere sempre la distanza principale.

Le macchine metriche garantiscono l’assoluta planarità della lastra (le misure vanno prese sul fotogramma: è dunque opportuno che sia assolutamente indeformato il piano della pellicola).

La messa in stazione dello strumento è analoga a quella degli strumenti topografici.

Camere metriche e semimetriche

• Camere metriche: la posizione del punto principale è contassegnata per ciascun fotogramma, da appositi indici o marche di riferimento che vengono riprodotte sugli stessi fotogrammi. Le rette congiungenti gli indici opposti del quadro si intersecano nel punto principale. Le camere metriche si dividono in:
  • camere per prese terrestri (semimetriche, camere non metriche e bicamere);
  • camere per prese aeree – funzionamento automatico a ripetizione – distanza principale calibrata.

• Camere semimetriche: presentano una sottilissima lamina di vetro con inciso un reticolato di precisione che viene posizionata sul piano focale della macchina fotografica davanti e a diretto contatto con la superficie sensibile. Le macchine riportano sul fotogramma una serie di crocette che consentono di ricostruire un reticolo di misure note, che quindi consentono di risalire alla deformazione del fotogramma.

Stereoscopia

Il processo fisiologico della visione si fonda sul fatto che i due occhi esplorano il campo visivo da due punti di vista diversi, dando luogo a due immagini leggermente differenti. Ciò dà luogo alla visione stereoscopica che consente di cogliere la profondità, bene avvertita da vicino, praticamente nulla quando la visione stereoscopica si trasforma in monoculare. All’infinito infatti i due raggi sono meno convergenti e la parallasse angolare è quasi nulla.

La percezione della profondità può verificarsi anche esaminando due fotografie scattate da un punto di vista leggermente diverso purchè soddisfino le seguenti condizioni:

• gli assi di proiezione devono essere nello stesso piano;
• il rapporto tra la distanza dei due punti di vista e la distanza dall’oggetto deve essere 0,25 – 0,30;
• le immagini devono essere nella stessa scala.

In figura 1 è indicata una modalità di realizzazione di presa stereoscopica che può avvenire basculando la camera non metrica senza necessità di spostarsi.

La stereoscopia

L’individuazione di un punto nello spazio è immediata se il punto appartiene a due fotogrammi.

Posizionando i due fotogrammi con lo stesso orientamento che avevano al momento della ripresa ma ad una distanza ridotta (ad esempio 1/10) si ottiene un modello che può facilmente essere misurato.

Viene così ricreato un modello spaziale analogo al reale con due fotogrammi e una doppia piramide visiva.

La stereoscopia sfruttando il principio della parallasse consente di rilevare le misure di un oggetto attraverso due fotogrammi per poi operarne la restituzione.

L’analisi stereoscopica consente di arrivare alla percezione tridimensionale di un oggetto grazie alla visione binoculare; gli stereofotogrammi possono essere utilizzati sia per la restituzione che per ottenere un modello stereoscopico. L’esplorazione visiva viene eseguita mediante uno strumento molto semplice che prende il nome di stereoscopio.

Stereoscopia – Strumenti

Gli strumenti per le riprese stereoscopiche sono le bicamere, strumenti formati da un treppiede sul quale è disposto un braccio di lunghezza circa 1,2 m alle cui estremità sono collocate due camere da presa per le quali è garantito:

• il parallelismo tra i due assi ottici;
• la perpendicolarità degli assi ottici rispetto alla base (restituzione analogica).

Poiché la posizione reciproca tra le due camere è fissa, nella restituzione, risulta facilitato il ripristino dell’orientamento relativo.

La messa in stazione è analoga a quella degli strumenti topografici.

La ripresa fotogrammetrica

Il rilievo fotografico si divide in due momenti:

1. ripresa fotogrammetrica;
2. restituzione fotogrammetica.

La ripresa può essere (fig. 3):

a) presa normale (asse della camera perpendicolare alla superficie). Preferibile perché nelle altre prese gli oggetti possono coprire le parti arretrate;
b) presa convergente (assi della camera inclinati rispetto alla superficie);
c) presa inclinata (asse della camera inclinato rispetto alla superficie).

b = distanza tra le due fotocamere generalmente m. 1,2

Generalmente sono camere metriche dove:

• è nota la distanza focale;
• è nota la posizione del raggio principale;
• è garantita la planarità della lastra al momento dell’esposizione.

Il rapporto di scala

Ai fini della scala grafica di restituzione, risulta particolarmente utile conoscere la scala media del fotogramma e la dimensione reale rappresentata in esso.

Il rapporto di scala medio è dato dalla seguente espressione:

1/s = f/D che definisce il rapporto di scala dove:

• s è la scala del fotogramma;
• f è la distanza focale;
• D è la distanza media.

La superficie di ripresa di una camera varia in funzione della lunghezza focale; volendo mantenere costante la superficie di ripresa, la distanza della camera dal soggetto deve variare in relazione alla diversa lunghezza focale.

Ai fini del rilievo occorre definire la base b di presa, che deve essere scelta in relazione alla distanza D dall’oggetto; risulta evidente che, diminuendo la base di presa b, la superficie del fotogramma utile ai fini della restituzione aumenta.

Diminuendo b aumenta la sovrapposizione.
Aumentando b si facilita la lettura stereoscopica.

Restituzione fotogrammetrica

La restituzione fotogrammetrica è il procedimento mediante il quale è possibile pervenire, dai fotogrammi di un determinato oggetto, alla sua rappresentazione grafica o numerica. Si possono distinguere tre diversi tipi di restituzione:

1. la restituzione grafica speditiva che si fonda su procedimenti grafici;
2. il metodo analogico di restituzione fotogrammetrica che si fonda su sistemi meccanici e ottico-meccanici;
3. il metodo analitico di restituzione fotogrammetrica.

Fotogrammetria aerea – strumenti

Camera da presa aerofotogrammetrica

• Automatica e sistematica a ripetizione.
• La camera metrica è collegata al velivolo ed è sostenuta da un antivibrante.
• L’obiettivo è privo di aberrazioni, ha un’alta risoluzione ed ha grande luminosità.

Fotogrammetria aerea

Presa inclinata o semipanoramica. Il reticolo di base quadrata si deforma. L’osservazione dello stereogramma mostra un modello a scala variabile.

In figura 4 e 5: Schemi operativi per la realizzazione di strisciate lungo linee di volo diverse.