Acquisizione delle immagini: parte 1

In questa lezione vedremo le modalità di acquisizione delle immagini. La maggior parte è dedicata all’acquisizione con una macchina fotografica o uno smartphone e ci soffermeremo sulle impostazioni principali per ottenere degli scatti utili per la ricostruzione fotogrammetrica. Nella seconda parte vedremo altre tecniche di acquisizione delle immagini partendo da video o da immagini a 360°.

Prima di procedere alla descrizione delle impostazioni bisogna comprendere che non tutti gli oggetti si possono convertire in 3D. Gli oggetti trasparenti o riflettenti non sono adatti in quanto il software di fotogrammetria non riconosce le trasparenze e legge male la riflettività. Se si prova a scannerizzare (userò questo termine per il fotoscan) un bicchiere il risultato sarà una massa informe in quanto il software di scannerizzazione leggerà la trasparenza in modo errato. Anche le superfici lucide come la carrozzeria di una macchina o oggetti in plastica lucidi sono difficili da ricostruire in quanto la lucidità uniforma la posizione della luce. Oggetti molto scuri sono da evitare in quanto il software non avrebbe informazioni su cui lavorare e lo stesso vale con texture uniformi o dai colori “solidi”. Va da sé che oggetti in movimento non possono essere scannerizzati e lo stesso vale per le ombre su un edificio, un esempio tipico sono le ombre degli alberi in una giornata ventosa. Le ombre creeranno imamgini sempre differenti perciò inutilizzabili ai fini di una ricostruzione. Altri elementi non adatti alla scannerizazione sono i liquidi, come l’acqua di un fiumo o il mare. Mutando in continuazione il software di fotogrammetria non avrà riferimenti per ricostruire l’ambiente. Anche gli alberi, i prati o gli arbusti sono difficili da “catturare” assieme agli oggetti con parti molto piccole.

Tolte le cose che non sono adatte gli elementi migliori da scannerizzare sono oggetti con una struttura piena, solida, oggetti opachi o grezzi con superfici ruvide, con tanti dettagli sulla superficie. Per ogni tipologia di oggetto ci sono varie tecniche di ripresa ma lo vedremo in una delle prossime lezioni.

Identificati gli oggetti o gli ambienti da catturare dobbiamo preparare l’attrezzatura ed in particolar modo la fotocamera.

Prima di affrontare le regole da rispettare per creare immagini adatte alla fotogrammetria dobbiamo capire il funzionamento dello strumento che utilizzeremo per acquisire le immagini.

Per comprendere come utilizzare una macchina fotografica o un cellulare dobbiamo comprendere il disegno sottostante che indica i tre valori fondamentali per determinare la luce che entra nella videocamera e va ad “impressionare” il sensore o la pellicola nel caso delle macchine fotografiche a pellicola che non vengono utilizzate nel nostro caso.

I valori fondamentali sono l’apertura del diaframma indicato in valori f o f-stop, il tempo di esposizione (velocità di scatto nell’immagine sottostante) indicato in secondi (s) e la sensibilità alla luce del sensore o della pellicola indicata in ISO.

Il diaframma

Il diaframma è il dispositivo meccanico che permette di far passare più o meno luce nell’obiettivo e le impostazioni che lo controllano sono l’apertura del diaframma ed il tempo di esposizione.

Apertura del diaframma

Indicata con il valore f o f-stop. Gli stop sono dei valori f standardizzati per l’apertura del diaframma e comprendono una serie di intervalli predefiniti. I valori f vengono indicati nella seguente modalità f/1, f/1.4, f/2, etc.
Il valore f indica quanto è aperto il diaframma e passeremo da un valore 1 aperto al massimo, ovvero tutta la luce entra nell’obiettivo, a valori più alti che dipendono dalla tipologia dell’ottica. Per esempio l’ottica che ho utilizzato per scattare le foto del dataset che ho messo a disposizione ha un range di f-stop da f/4.0 a f/22. Altre ottiche sono più “luminose” come al 50mm che arriva a f/1.2.

L’apertura del diaframma va ad influire sulla profondità di campo (cioè la porzione di spazio che risulterà a fuoco). Più sarà aperta, meno profondità di campo avremo. Se torniamo al diagramma vediamo che lo sfondo ad un’apertura di f/1.2 sarà meno a fuoco rispetto all’immagine con apertura di f/32. Quando dobbiamo fare degli scatti per uso in fotogrammetria dobbiamo avere il più alto numero di dati possibili nella foto perciò lo sfondo dovrà essere il più a fuoco possibile, o in altri termini dovremo avere un’alta profondità di campo.

Visto che l’apertura del diaframma indica quanta luce entra se vogliamo fare degli scatti con uno sfondo a fuoco dovremo aumentare il numero f e questo richiederà più luminosità.

Velocità o tempo di apertura o di esposizione

Indicata in s (secondi) determina per quanto tempo rimarrà aperto il diaframma. Più tempo rimane aperto il diaframma più luce raggiungerà il sensore. In situazioni di alta luminosità i tempi saranno più veloci mentre in caso di scarsa luminosità i tempi andranno aumentati. Nella fotogrametria la luce è importantissima e per questo motivo sconsiglio di aumentare troppo il tempo di esposizione almenoché non si disponga di cavalletto o treppiede ed un controllo di scatto remoto.

Quando ho realizzato gli scatti fotografici per In the cave, che prevedevano la ricostruzione di una grotta, ho utilizzato la fotogrammetria nella situazione più estrema per questa tecnica in quanto bisognava illuminare il soggetto, concrezione, nel modo migliore possibile. Oltre al problema della luminosità, il buio in una grotta è in pratica assenza di luce totale, nemmeno nello spazio si ha questa sensazione di nulla, c’era il problema dell’uso del cavalletto. Le grotte non sono propriamente comode e spesso mi ritrovavo a fare gli scatti appeso ad una corda perché la colata calcitica giusta da riprendere stava a qualche metro di altezza o di profondità. Per questo motivo ho utilizzato dei flash per rendere l’immagine piatta.

ISO

Il valore ISO determina la sensibilità o la capacità del sensore di catturare la luce. Per aumentare la capacità si aumenta il valore ISO, ma questo porta anche ad un aumento del rumore nell’immagine ovvero della grana che compare sull’immagine dovuta all’aumento della sensibilità. Per la fotogrammetria dovremmo evitare il più possibile il rumore nelle nostre immagini perché può creare falsi elementi di riconoscimento per al ricostruzione dell’immagine.

Settaggio della fotocamera

In questo corso userò la mia Canon5D Mark II, una DSLR datata, ma che è ancora valida per le necessità di una ricostruzione fotogrammetrica. La 5D è una fotocamera full frame e permette di salvare le immagini in RAW e, come tutte le DSLR professionali, mi permette di lavorare con tutti i settaggi in manuale.

Le modalità di settaggio sulla Canon 5D valgono per tutte le macchine fotografiche digitali che possiedono queste funzioni.

Impostare il salvataggio delle immagini in formato RAW. Impostare i settaggi su manuale. Impostare l’ISO tra 100 e 200 e tenere un’apertura di diaframma tra 8 e 11, anche se alcune ottiche possono lavorare anche ad aperture più alte, e impostare lo shutter, ovvero la velocità o tempo di apertura, il più veloce possibile (abbassare il tempo di apertura).