Fotogrammetria aerea low cost in archeologia

Negli ultimi anni, lo sviluppo della fotogrammetria da drone ha apportato un incremento sostanziale delle applicazioni nel dominio del close range, riuscendo a combinare il rilievo fotografico aereo a quello terrestre e introducendo nuove possibilita low cost rispetto alla tecnica aerea tradizio¬nale. La crescita di soluzioni software per l’estrazione di nuvole di punti da set di immagini non metriche ha ottenuto, inoltre, grande attenzione non solo da parte della comunita scientifica geomatica, ma anche da utenti esterni al settore, quali per esempio gli archeologi. E facile intuire le ragioni del successo di tali sistemi che affiancano a una buona qualita dei risultati, sia dal punto di vista metrico che da quello qualitativo, la semplicita nel loro utilizzo e la loro accessibilita. La diffusione di questi software ha trovato la sua fortuna anche nel costante aumento sul mercato di fotocamere commerciali a basso costo in grado di acquisire immagini di ottima qualita e ad alta risoluzione. Il lavoro sviluppato nel corso dei tre anni di dottorato, sulla base delle numerose esperienze svolte all’interno del Laboratorio di Fotogrammetria dell’Universita IUAV di Venezia, si e focalizzato sull’uso di micro UAV per la fotogrammetria aerea del vicino, utilizzando e analizzando diverse configurazioni del sistema, per quanto riguarda la tipologia sia delle fotocamere utilizzate sia dei vettori aerei su cui queste vengono istallate. Questa tecnica e stata, inoltre, utilizzata in differenti campi applicativi e su oggetti con morfologie differenti, dal rilievo archeologico ai Beni Culturali piu in generale. A partire dalle esperienze maturate nel corso degli anni e a seguito dello sviluppo di vettori aerei amatoriali da una parte e di fotocamere sempre piu leggere dall’altra, la ricerca si e focalizzata sull’analisi delle potenzialita di un sistema che integrasse queste due componenti applicandolo al campo archeologico, dove spesso la questione economica ha una notevole importanza e l’aspetto metrico e frequentemente subordinato a quello qualitativo ed interpretativo. Un gruppo particolare di queste fotocamere sono le cosiddette “action cameras” estremamente compatte, leggere e molto performanti anche in condizioni estreme (rilievo subacqueo). Il loro impiego per scopi fotogrammetrici non ha avuto una particolare diffusione, perche le immagini acquisite dai primi sensori non avevano una risoluzione e una qualita tali da poter ottenere l’accuratezza necessaria al rilievo fotogrammetrico. Ad oggi, di contro, sono reperibili sul mercato alcune fotocamere che possono acquisire immagini ad alta risoluzione pur mantenendo delle dimensioni molto ridotte. La ricerca si pone l’obiettivo di testare tali macchine e analizzare i risultati derivanti dal loro utilizzo: in particolare e stata oggetto di indagine la Go Pro Hero3 Black Edition. Questa fotocamera permette di acquisire immagini fino a una risoluzione di 12MP (4000x3000) e il suo peso e dimensioni (76 g – camera con batteria – 60x40x20mm) ne consentono il trasporto su droni d’uso non professionale, quali il Parrot Ar.Drone. Tali vettori aerei, realizzati per scopo ludico, risultano economici e semplici da pilotare anche tramite applicazioni istallabili su tablet e smartphone. In questo modo, si ottiene un sistema dal costo contenuto e semplice da utilizzare che permetta una fotogrammetria aerea del vicino facilmente applicabile in archeologia dagli stessi addetti ai lavori. I limiti del sistema sono essenzialmente due e sono legati ad entrambi i mezzi utilizzati in questa ricerca. Il limite principale del sensore e rappresentato dal fatto che i fotogrammi acquisiti sono soggetti a una forte distorsione e di conseguenza pongono numerosi problemi di calibrazione. Il limite del vettore, invece, consiste nella difficolta di mantenere una configurazione di volo adeguata agli scopi fotogrammetrici in condizioni ambientali sfavorevoli. Nel corso della ricerca sono stati, quindi, effettuati diversi test e applicazioni su campo con lo scopo di analizzare quanto questo potesse influire sulla precisione del rilievo e sulla conseguente qualita dei risultati raggiunti. A seguito della prima fase di test, questo sistema integrato di GoPro e Parrot Ar.Drone e stato utilizzato durante una campagna di rilievo intensiva in un sito archeologico del Molise, la citta antica di Altilia. Qui sono stati condotti vari test su diversi oggetti e seguendo differenti workflow. I dati ottenuti sono stati confrontati con quelli acquisiti da sistemi per la fotogrammetria aerea del vicino piu tradizionali (camere calibrate su droni professionali) e/o laser scanner. In questa fase, il sistema proposto e stato utilizzato in diverse modalita: il velivolo e stato fatto volare in modalita manuale, mentre l’operatore a comando della GoPro controllava da terra lo scatto, oppure con volo automatico, utilizzando il modulo GPS “Flight Recorder” della Parrot, e impostando lo scatto della fotocamera in time lapse. Inoltre, sono state scelte diverse tipologie di monumento da rilevare: da oggetti molto tridimensionali (Porta Benevento), a oggetti piani (il foro della citta), a oggetti 2.5D (botteghe a lato del decumano, San Pietro di Cantoni). I punti d’appoggio sono stati acquisiti attraverso un rilievo GPS in RTK con un Sistema GPS Topcon Hiper Pro (precisione centimetrica) e individuati su punti naturali (con conseguenti problemi di collimazione) o su appositi target. Anche per quanto riguarda il processamento dei dati, sono state messe a confronto diversi workflow: dalla rototraslazione del modello (trasformazione a 7 parametri a modello fotogrammetrico gia costruito), alla triangolazione aerea, o all’uso di foto gia precedentemente corrette delle distorsioni. I risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli dati da tecniche gia ormai consolidate. Le analisi sono state condotte su tutti i possibili prodotti ottenibili: sui modelli per superfici, sulle nuvole di punti, ma anche sui checkpoint 3D sul modello e sui checkpoint 2D sulle ortofoto. In altri termini, le diverse tecniche di acquisizione sono state confrontate nei vari casi studio, in modo da comprendere appieno le possibilita di utilizzo della metodologia presa in esame.