Relazione Fotogrammetria

CREAZIONE DELLA NUVOLA DI PUNTI

Utilizzo del software Metashape

Il programma permette varie modalità di organizzazione dei fotogrammi. La scelta fatta è di caricare tutti i

fotogrammi in un unico chunk, in questo modo il programma tratterà tutti i fotogrammi insieme nella ricerca

dei punti omologhi. Tale scelta è più dispendiosa a livello di tempi di elaborazione ma garantisce un risultato

finale migliore sia nell’individuazione dei punti della nuvola sparsa sia nell’orientamento dei fotogrammi.

Creazione della mask

Un problema tipico dei software di correlazione automatica sono i tempi di calcolo molto lunghi e la necessità

di avere un hardware molto prestazionale. Per ridurre i tempi di calcolo e migliorare anche la resa del

processo, Metashape permette l’utilizzo delle maschere. Esse delimitano l’area del fotogramma sulla quale

l’algoritmo di image matching deve cercare le corrispondenze. In questo modo si ottiene una rilevante

riduzione dei tempi di calcolo. Per creare una maschera nel software si deve visualizzare l’immagine e

selezionare il comando “intelligent scissors”:

Questa particolare funzione ha la capacità di riconoscere automaticamente il bordo dell’oggetto che vogliamo

mascherare. Una volta creata la maschera, solo le aree contenute in essa rimarranno illuminate, mentre tutto

il resto dell’immagine avrà un’illuminazione più bassa. Quando si lancerà la procedura di orientamento

l’algoritmo effettuerà la ricerca nella sola area illuminata indicata dalla maschera. L’utilizzo delle maschere in

Metashape è di fondamentale importanza per diversi aspetti: oltre al già citato guadagno in termini di tempo

di calcolo, un altro importante aspetto è la rimozione dal calcolo di oggetti o porzioni di immagini che possono

indurre in errore l’algoritmo e generare outliers nella nuvola di punti.

Creazione della nuvola sparsa di punti

Dopo aver creato le 69 maschere, il pacchetto di immagini è pronto per essere trattato dall’algoritmo di

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selezione dei punti omologhi. In questa fase tutte le immagini vengono orientate, si ricostruisce quindi la

geometria di presa.

Inoltre, se la camera non è stata calibrata in precedenza e quindi non sono stati forniti i parametri di

calibrazione (c, x , y , K , K , K , K , p , p ), il software attua una procedura di tipo field calibration e tramite i

0 0 1 2 3 4 1 2

punti omologhi selezionati ricostruisce la geometria interna della camera e ricava tutti i parametri di

orientamento interno e di distorsione. La possibilità di determinare i parametri di calibrazione specifici per

ogni rilievo risulta vantaggiosa soprattutto quando si utilizzano camere amatoriali non metriche che hanno

una scarsa stabilità dei parametri di calibrazione. Prima di lanciare la procedura di allineamento dei

fotogrammi il software chiede di settare alcuni parametri molto importanti ai fini della qualità con cui sarà

generata la nuvola sparsa. 4

È necessario selezionare il grado di accuratezza, ovviamente un grado di accuratezza maggiore richiede tempi

di calcolo più lunghi. Per il progetto si è scelto di utilizzare il grado di accuratezza massimo (highest). Due

settaggi molto importanti sono i Key Point Limit e Tie point limit, con questi due valori si indica al software il

massimo numero di punti da identificare; è un’impostazione di fondamentale importanza per ottenere un

buon modello sparso. L’impostazione di Default del software fissa il limite a 40000 key points e 4000 tie point,

per ottenere una migliore resa i limiti sono stati aumentati a 100000 e 10000. Al termine della simulazione, il

software ha restituito una point cloud di 42461 punti con un tempo macchina di circa 10 minuti.

Rimozione degli outliers

Grazie all’utilizzo delle maschere, la nuvola di punti presenta un ridottissimo numero di outliers. Questi punti,

frutto di errori di individuazione da parte del software, devono essere eliminati prima di generare la nuvola

densa. L’errore relativo ad un outlier durante la generazione della nuvola densa si amplifica e riduce

sensibilmente la qualità del prodotto finale. Si riporta a scopo esemplificativo il risultato della creazione della

nuvola di punti sparsa (accuratezza media) senza applicare le maschere ai fotogrammi:

Si nota immediatamente che il prodotto è una restituzione di punti sia appartenenti al pozzo sia al chiostro. Di

conseguenza l’applicazione delle maschere è risultata utile a eliminare dalle immagini tutti gli elementi che

non dovevano essere processati dal programma.

Costruzione della nuvola densa

Per costruire la nuvola densa, il software parte dalla nuvola di punti e crea la nuvola densa andando a riempire

i vuoti sulla base di relazioni tra i punti esistenti. Inoltre, assegna il colore ai vari punti sulla base del colore dei

punti vicini e andando a leggere le informazioni radiometriche dei pixel delle immagini che contenevano quel

punto omologo. In una seconda fase il software ricostruisce la profondità dei punti e quindi crea la nuvola

densa in 3D. Prima di lanciare la procedura di costruzione della nuvola densa di punti, il software richiede il

settaggio di due parametri: la qualità e il Depth Filtering. Dalla qualità richiesta nella fase di costruzione

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dipende il tempo macchina impiegato, per il progetto si è scelta la qualità massima. Durante la generazione

della nuvola densa di punti, Metashape ricostruisce la profondità per ogni immagine. Ci potrebbero essere

degli outliers, dovuti a svariati problemi come il rumore o la cattiva messa a fuoco, che interessano i punti

della nuvola densa di punti. Per eliminarli Metashape ha degli algoritmi di filtraggio appositi come il Depth

Filtering. Questo filtro ha 3 livelli: Mild, Moderate e Aggressive:

- Se sono presenti piccoli dettagli che sono spazialmente distinguibili nella scena che viene ricostruita allora

bisogna settare il filtro in modalità Mild, in questo modo importanti features non saranno identificate

come outliers e quindi rimosse.

- Se l’area che viene ricostruita non ha dettagli importanti di piccola dimensione, allora è raccomandabile

settare il Depth Filtering in modalità Aggressive, in questo modo ci sarà un forte filtraggio ed eliminazione

degli outliers. Questa seconda impostazione è raccomandabile quando si trattano fotografie aeree.

- L’impostazione Moderate corrisponde ad una media tra approccio Mild e Aggressive

Nel caso in esame il Depth Filtering è stato settato in modalità Mild.

Al termine della procedura di costruzione della Dense Cloud, tempo macchina di circa 40 minuti, la nuvola

ottenuta ha 42461 punti. Tale numero è identico a quello della nuvola sparsa di punti. Ciò vuol dire che il

programma non è riuscito a riempire i vuoti della nuvola di punti. 6