LiDAR vs Fotogrammetria: una guida tecnica

Questo articolo è apparso originariamente sul sito SPAR3D.com, per sapere di più sui sistemi LiDAR e fotogrammetria visitate SPAR3D.com oppure commercialuavnews.com.

I droni promettono una tecnologia di ispezione facile ed economica, ma c’è di più. Per ottenere risultati che rispecchino le esigenze del professionista, bisogna imparare ad utilizzare i sensori che il SAPR utilizza per acquisire i dati: impariamo di più sul LiDAR e la Fotogrammetria.

In un articolo recente pubblicato dal sito web UAV Expo News, il giornalista Jeremiah Karpowicz ha gettato alcune basi sull’utilizzo di questi due strumenti di acquisizione dati. Questo articolo è un primo step per gli utilizzatori che vogliono determinare la corretta tipologia di sensore per le loro esigenze, includendo numerosi consigli degli esperti sul campo, compreso Lewis Graham, presidente e CTO di GeoCue Corporation.

Questa è una guida che vuole approfondire l’argomento, offrire consigli tecnici che vi aiuteranno a decidere quando è meglio utilizzare la fotogrammetria, il LiDAR o entrambi, durante una rilevazione tramite SAPR.

Quando usare un SAPR equipaggiato con LiDAR

Quando si mappa sotto alberi, vagoni minerari e altri ostacoli, poiché la fotogrammetria ha dei problemi nel generare modelli di elevazione in aree dove gli ostacoli bloccano la visibilità degli oggetti sottostanti (sottosquadri).

La stereofotogrammetria tradizionale, spiega Graham, tende a “sbagliare” durante la creazione di una mappa digitale di elevazione. Quando si sta misurando l’elevazione di un punto a terra, questo metodo necessita di due immagini da cui si possa vedere quel punto. Se un albero blocca la visibilità del punto in questione, questo si potrà vedere in un’immagine ma non nell’altra, confondendo l’algoritmo che automatizza l’affiancamento delle immagini: il risultato finale sarà un modello confusionario.

Cosa dire della fotogrammetria moderna? Il problema si aggrava. Dopo lo sviluppo di algoritmi come Structure for Motion (SfM) la fotogrammetria è in grado di generare nuvole di punti molto dense in cui spesso il fattore spazio è pari a due o più largo della risoluzione dell’immagine. Questa cosa è chiamata Dense Image Matching (DIM). Sfortunatamente, DIM genera quella che Graham chiama “modello di prima superfice” piuttosto che una vera mappa di elevazione. In altre parole: la fotogrammetria non è il metodo ideale per mappare l’elevazione di una porzione di terreno non visibile da ogni angolo.

Quando usare un SAPR equipaggiato con LiDAR

Quando si mappa nei pressi di oggetti come linee di trasmissione, tubi ed aggregati rocciosi, poiché gli algoritmi SfM e DIM hanno una conformità minore rispetto al LiDAR. Come spiega Graham, “la conformità è l’esattezza della nuvola di punti acquisiti rispetto al modello di riferimento.”
“I modelli LiDAR” dice, “modellano molto bene l’oggetto poichè ogni punto della nuvola è misurato da un singolo raggio dallo scanner.” Gli algoritmi di SfM e DIM invece, sono più complicati. Il modello non corrisponde fedelmente all’oggetto perché la fotogrammetria moderna è approssimativa, e leviga il modello per rimuovere la confusione. “Un effetto collaterale” dice, “è che la conformità cala sui bordi del modello.” Questo rende la fotogrammetria moderna difficile da vendere per la modellazione precisa di piccoli oggetti.

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Quando usare un SAPR per la Fotogrammetria

Immagina un sito di estrazione, progetti e opere terrene, aree aperte non occluse da alberi, edifici o apparecchiature. I droni sono economici, leggeri e veloci. Se il modello che si desidera fare non richiede l’utilizzo di un Lidar, attaccare una camera sotto al drone ti permetterà di risparmiare molti soldi, ed oltre ad evitare i costi del Lidar in sé, si eviteranno anche i costi di piattaforme inerziali molto precise ma per nulla economiche. Questo significa un esborso di 10.000$ relativi al drone anzichè 75.000$ (e sarete grati di questo quando il vostro drone sbatterà contro qualcosa).

Quando usare un SAPR per la Fotogrammetria

Se stai lavorando ad un piccolo progetto e i dati della fotogrammetria soddisfano le tue esigenze, poiché, spiega Graham, “non è finanziariamente conveniente utilizzare un mezzo pilotato da un uomo per un progetto di mapping su una piccola area”. D’altro canto, un sistema APR è abbastanza piccolo, e un singolo operatore può caricarlo in un camion e operare rapidamente sul campo senza bisogno di aiuto.

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Quando usare entrambi

Quando stai lavorando ad un progetto che richiede l’impiego di un sistema LiDAR. Graham spiega che in realtà i dati ad alta risoluzione (risoluzione superiore al metro) possono essere difficili da raccogliere con un sistema aero LiDAR. Per questo risulta necessario integrare i dati con le immagini. Lo scenario ideale sarebbe quello di utilizzare le immagini per il contesto, e i dati LiDAR per la componente 3D. Le macchine fotografiche sono economiche e garantiscono ottimi risultati, per questo non ci sono ragioni per non includerle nel vostro pacchetto di sensori e strumentazioni per il drone.

L’importante è utilizzare ciò che ha più senso per il tuo business

LiDAR e fotogrammetria sono entrambi mezzi potenti e ricchi di potenziali se utilizzati correttamente. La chiave, è trovare il giusto sensore per le tue esigenze. Più semplicemente, Graham spiega che se stai effettuando un lavoro “senza concentrarti sulla pulizia dei cantieri di stoccaggio di materiali relativamente pregiati, allora la fotogrammetria (DIM) è la soluzione più conveniente. Invece, se si va incontro a progetti che richiedono una modellazione che non può essere eseguita tramite la fotogrammetria, la scelta ricade ovviamente su LiDAR.”

Altre considerazioni

Quando si lavora ad una fotogrammetria effettuata con un drone, bisogna essere pronti a spendere una cifra di circa 800€ per una camera con sensore APS-C.Se il lavoro richiede alta precisione, bisogna fare un accenno a proposito delle Ground Control Station.Graham ci offre una visione piuttosto semplice per comprendere meglio come lavora l’FPA LiDAR. Immaginatelo come una macchina fotografica mentre scatta una foto. Un tempo il LiDAR incorniciava uno scatto, invece di prendere una foto, “un laser singolo lampeggiava e l’intera scena veniva catturata da un allineamento di rilevatori.”Gli FPA LiDAR sono perfetti per i droni perché sono più economici, più piccoli, più leggeri e geometricamente più accurati rispetto alle unità LiDAR che stiamo attualmente utilizzando. Ciò significa che offrono il meglio di entrambi i mondi.Gli FPA LiDAR sono perfetti anche per i sistemi di prevenzione delle collisioni nei veicoli autonomi, ciò significa che la domanda per queste strumentazioni è destinata a crescere rapidamente. Poiché le aziende stanno iniziando a produrre FPA LIDAR su grande scala per soddisfare la domanda, il costo dei sensori è destinato a calare. Ciò significa che sul mercato ci saranno molti sensori economici disponibili per l’utilizzo su SAPR.Graham fa una predizione audace: “nel giro dei prossimi tre anni” dice, “gli FPA LiDAR integrati con una fotocamera diverranno il kit standard di un drone utilizzato per mappare.”

Fonte: SPAR3D.com

Autore: Sean Higgins