Studio di possibili effetti sistematici nelle nuvole di punti SfM da APR: confronti con TLS, distorsioni e metodi di mitigazione

La fotogrammetria Structure-from-Motion (SfM) si basa su algoritmi che permettono, in modo automatico e rapido, di individuare una quantità elevata di punti omologhi tra le immagini acquisite durante il rilievo. L’individuazione di tali punti consente di realizzare l’allineamento delle immagini e quindi la calibrazione esterna ed interna delle fotocamere. L’efficienza di tali algoritmi e la quantità, qualità e distribuzione spaziale dei punti omologhi sono il fulcro della procedura di restituzione fotogrammetrica. In alcuni casi, per una combinazione tra strategia di acquisizione, tipo di fotocamera e software utilizzato, potrebbero verificarsi delle anomalie che danno luogo a distorsioni delle nuvole di punti finali. Il lavoro presenta i rilievi SfM realizzati nell’ambito di un progetto per lo studio delle deformazioni dovute al fenomeno della liquefazione mediante il confronto di modelli multi­temporali; si tratta dell’unico caso da noi osservato in anni di esperienza di rilievo SfM in cui sono presenti effetti sistematici che hanno reso problematico l’uso diretto delle nuvole di punti ottenute utilizzando Photoscan. Si mostrano i tentativi per ridurre tali effetti sia mediante un sotto­campionamento delle immagini, al fine di equilibrare la distribuzione dei punti omologhi, sia inibendo l’aggiustamento dei parametri interni, fino ad ottenere risultati utilizzabili, seppur non completamente liberi da sistematismi. Nella valutazione dei problemi è stato utilizzato un rilievo di riferimento realizzato mediante Terrestrial Laser Scanning (TLS). Infine tutti i dati sono stati rielaborati con un software migliorato, Metashape, ottenendo risultati non affetti da sistematismi, il che indica che le procedure per l’individuazione dei punti omologhi sono state migliorate. Poiché Photoscan (nelle versioni ancora utilizzate dalla 1.2 alla 1.7) è un prodotto molto diffuso, si ritiene che questa esperienza possa essere utile a quanti sono coinvolti in attività di monitoraggio e studio delle deformazioni superficiali. Structure from Motion (SfM) photogrammetry is based on the use of algorithms allowing the automatically identification of a large amount of homologous points (or pixels) between images overlapping areas. The coordinates of the homologous points (provided in different reference systems for each acquisition), allow the images alignment meaning the internal and external camera calibration. The number and the distribution of homologous points drives the entire procedure of photogrammetric restitution. In some cases, due to a fatal combination of acquisition strategy, digital cameras and software, anomalies could occur causing systematic effects in the point clouds representing the observed surfaces. This paper shows the results obtained from SfM surveys carried out as part of a project for the study of deformations due to the phenomenon of liquefaction by comparing multi-temporal models. This is the only case we have observed in years of SfM survey experience in which there are systematic effects preventing the direct use of the point clouds obtained using Photoscan (versions 1.1.2 and 1.7.0). Some approaches aimed at mitigating the distortions by balancing the distribution of homologous points and inhibiting the adjustment of internal camera calibration are used to improve results. A reference Terrestrial Laser Scanning (TLS) survey allowed the evaluation unexpected problems. Finally, the images data set processed by means of Metashape (1.5.0), a new improved version of Photoscan, provide good results free from systematism proving the greater efficiency of new algorithms for homologous points selection optimization. Since Photoscan is a very widespread product and also used within the INGV, it is believed that this experience can be useful to many operators involved in monitoring and studying surface deformations.