LiDAR: cos'è e come è utile per la fotogrammetria
Contrariamente alle impressioni della cultura popolare, i laser non sono solo fasci distruttivi che distruggono il pianeta. I laser sono uno dei modi più precisi per misurare le distanze. Questo include il LiDAR, che sta diventando sempre più accessibile nei mercati consumer. La tecnologia di Pix4D prevede la misurazione da immagini, ma anche il LiDAR può essere incorporato nel flusso di lavoro. Ecco come il LiDAR si differenzia dalla fotogrammetria, ma anche come possono lavorare insieme.
Cos'è il LiDAR?
LiDAR è l'acronimo di light detection and ranging, noto anche come scansione laser 3D. Il LiDAR è stato utilizzato per la prima volta negli anni Sessanta.1 e viene utilizzato per misurare le distanze sulla base della luce laser. Funziona illuminando un oggetto o uno spazio con una luce laser e registrando il tempo che la luce laser impiega a tornare al sensore per misurare le distanze con elevata precisione.
La scansione laser 3D è già in uso in diversi settori, con applicazioni che vanno dai progetti di raccolta dati mobili a quelli terrestri e aerei. Poiché la scansione laser misura con precisione le distanze, è molto efficace per creare ricreazioni digitali in 3D di spazi, oggetti e paesaggi. Sotto questo aspetto può competere con la fotogrammetria come strumento di digitalizzazione della realtà. I metodi LiDAR producono una nuvola di punti 3D georeferenziata e non colorata. Questa densa nuvola di punti è altamente dettagliata e spesso include piccoli oggetti, come cavi o fili, che la fotogrammetria potrebbe non riconoscere con la stessa facilità. Tuttavia, l'esecuzione del LiDAR può essere costosa e spesso è necessario rivolgersi a un'azienda specializzata in scansioni laser per raccogliere i dati.
Che cos'è la fotogrammetria?
La fotogrammetria è il processo di misurazione a partire da immagini. Le immagini sovrapposte acquisite vengono elaborate per generare modelli precisi dello spazio. Il suo scopo principale è la digitalizzazione della realtà per il rilievo e la mappatura. La prima fotogrammetria si affidava a punti di osservazione elevati o a mongolfiere per la raccolta di dati aerei, mentre oggi è più diffuso l'uso di droni per la raccolta di dati di rilievo insieme all'acquisizione di immagini da terra. La fotogrammetria è utilizzata in diversi settori con un'enorme gamma di applicazioni, dalla mappatura della scena del crimine forense all'uso nell'agricoltura di precisione.
Qual è la differenza tra LiDAR e fotogrammetria?
Innanzitutto, il LiDAR ha un grande vantaggio rispetto alla fotogrammetria: produce luce propria. Ciò significa che non è influenzato dalle condizioni atmosferiche, come la copertura nuvolosa e le mutevoli condizioni di illuminazione che possono disturbare notevolmente la raccolta di dati aerei per la fotogrammetria. Sia la scansione laser terrestre che quella aerea 3D ne traggono vantaggio, mentre la fotogrammetria con droni o fotocamere portatili soffre in caso di scarsa illuminazione.
In secondo luogo, il LiDAR è in grado di penetrare negli spazi tra le foglie e di rilevare piccoli dettagli. L'impulso laser riesce a vedere tra le foglie e a fornire una misura direttamente sul tronco dell'albero o sul terreno sotto l'albero, mentre la fotogrammetria dipende dalle foto e ricostruisce solo ciò che è visibile in superficie.
Tuttavia, il LiDAR è spesso costoso. La fotogrammetria può essere eseguita, con [diversi gradi di accuratezza] (https://www.pix4d.com/blog/accuracy-aerial-mapping), con un'ampia gamma di fotocamere, comprese quelle di consumo, piuttosto che con strumenti professionali esclusivi e di alto livello.
Inoltre, la fotogrammetria beneficia di una serie di risultati, tra cui nuvole di punti colorati, mesh texturizzate e ortomosaici, mentre il LiDAR produce solo una nuvola di punti.
Come possono lavorare insieme fotogrammetria e LiDAR?
Il LiDAR può essere utilizzato per svolgere compiti simili a quelli della fotogrammetria e può rafforzarne i risultati. L'uso combinato di entrambe le tecniche significa che il LiDAR, in particolare la scansione laser terrestre, può aggiungere dettagli che i dati della fotogrammetria aerea potrebbero aver tralasciato. Pertanto, quando il LiDAR e la fotogrammetria vengono combinati, apportano a un progetto maggiori dettagli che potrebbero non essere stati ottenuti singolarmente.
Questo è esemplificato da PIX4Dsurvey, il nuovo software di vettorizzazione che colma il divario tra fotogrammetria e CAD. Consente agli utenti di unire le nuvole di punti della fotogrammetria con i dati delle nuvole di punti acquisiti con altre tecnologie, tra cui il LiDAR. Fornendo l'accesso sia alle immagini originali che alla nuvola di punti, la vettorializzazione e l'estrazione di punti, polilinee, poligoni e catenarie è più precisa e veloce che mai. Per progetti complicati, ad esempio con oggetti stretti come le linee elettriche, il LiDAR può aiutare a colmare le lacune che i metodi di raccolta dei dati della fotogrammetria possono tralasciare. Il software è in grado di utilizzare i dati della fotogrammetria in combinazione con la scansione laser terrestre.
La vettorializzazione di un'area la suddivide in polilinee e poligoni per definire i punti della geometria. Di conseguenza, i file vettoriali finali derivati da grandi nuvole di punti provenienti da fotogrammetria e LiDAR sono pronti per l'ingegneria.
Fotogrammetria e LiDAR in azione
Le nuvole di punti LiDAR e fotogrammetriche sono spesso file enormi composti da miliardi di punti. La manipolazione e la navigazione senza soluzione di continuità di questi dati è stata una sfida che PIX4Dsurvey risolve ora, consentendo agli utenti di gestire questi miliardi di punti.
Nell'esempio che segue, è stato utilizzato un drone per raccogliere immagini aeree di un tratto di ferrovia in Svizzera. La nuvola di punti generata con la fotogrammetria ha catturato molti dettagli della scena, ma non ha rilevato le specifiche dei cavi sul binario o del palo metallico che li sostiene.
I dati LiDAR hanno registrato questi dettagli, colmando le lacune che le immagini del drone non avevano colto. Di conseguenza, è stato generato un modello più completo della scena, che ha permesso di ottenere più informazioni.
Cosa succederà in seguito?
I dispositivi dotati di LiDAR stanno diventando sempre più diffusi, rendendo la tecnologia accessibile a molti e trasformando i prodotti di consumo più diffusi in dispositivi pronti per una modellazione 3D accurata. È il caso soprattutto dell'iPad Pro 2020 e dell'iPhone 12 Pro, per i quali è stata ottimizzata l'app PIX4Dcatch.
Il flusso di lavoro per la scansione 3D terrestre con PIX4Dcatch è semplice: si tiene in mano il dispositivo mobile iOS e si cammina per acquisire immagini dell'area di interesse. La scansione viene eseguita con mesh 3D in tempo reale, fornendo un feedback in tempo reale sul completamento della scena. PIX4Dcatch registra i dati GPS e IMU, consentendo di generare output 3D in scala e georeferenziati con PIX4Dmatic, PIX4Dmapper o PIX4Dcloud.
Nel frattempo, PIX4Dmatic può ora elaborare nello stesso progetto nuvole di punti LiDAR e fotogrammetriche prodotte con PIX4Dcatch. Questo aggiornamento è stato introdotto in PIX4Dmatic 1.19 nel 2021. Di conseguenza, gli utenti di PIX4Dmatic possono scegliere se utilizzare la nuvola di punti LiDAR, la nuvola di punti fotogrammetrica o la nuvola di punti fusa per ottenere il meglio dai loro risultati.
La transizione del LiDAR verso l'accessibilità del mercato consumer rappresenta uno sviluppo entusiasmante per la modellazione 3D. L'accuratezza millimetrica della scansione laser 3D, combinata con la flessibilità e la varietà di applicazioni e risultati della fotogrammetria, fa parte della continua rivoluzione nel settore del rilevamento e della mappatura, garantendo un accesso più semplice alle informazioni critiche, in modo più accurato che mai.
Riferimenti
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