6.1 FILMATO A COLORI OTTENUTO CON GOPRO HERO 2
6.1.2 ELABORAZIONE DEL DATO – ELIMINAZIONE DISTORSIONE
Sono disponibili alcuni software specializzati nell’elaborazione fotografica, come Adobe Photoshop, oppure prodotti direttamente dalle varie case fotografiche in cui sono implementati algoritmi specifici che permettono la rimozione di questo effetto.
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GoPro mette a disposizione gratuitamente un software di editing fotografico chiamato GoPro Studio attraverso il quale è possibile, in pochi passaggi, ottenere la calibrazione di singole immagini, gruppi di immagini e interi filmati.
Proprio l’ultima funzione è quella che verrà utilizzata in questo caso.
Una volta lanciato GoPro Studio, durante la prima fase di importazione e conversione, la prima cosa da fare è importare il file da trattare, successivamente si seleziona la porzione di video da trattare e applicando un comando viene eliminata la distorsione da tutti i frame che generano il filmato. Infine dal video rettificato si estraggono i singoli frame necessari per la restituzione fotogrammetrica.
Importato il video, si apre nella finestra centrale il filmato con i classici comandi di riproduzione presenti in qualsiasi lettore multimediale e altre funzioni particolari come ad esempio Mark In e Mark Out ( ) che permettono di selezionare la parte di filmato che ci interessa trattare.
In questo caso sono state eliminate le due fasi di decollo e atterraggio lasciando solo la porzione di video nel quale il drone ha raggiunto una quota il più possibile stabile.
La fase di stabilizzazione in quota comincia al 40° secondo e termina al minuto 2’32”, di conseguenza la durata di volo utile per il rilievo è di 1’52”.
Sempre nella fase di importazione e conversione Fare clic su Advanced Setting (Fig. 79). Si apre una finestrella con alcuni parametri di trasformazione del filmato:
Image size: 1920x1080
Frame rate: 30 fps
File format: AVI
Remove Fisheye: selezionato
A questo punto bisogna rimuovere l'effetto fisheye per applicare una "regolazione lente" al file GoPro e ottenere un FOV più piccolo. Si fa clic su OK, si aggiunge il video all’elenco di conversione e poi si converte il video.
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Fig. 79 - Schermata video della fase importazione e conversione di GoPro Studio.
Fig.. – Schermata video della fase importazione e conversione di GoPro Studio
La rimozione dell’effetto fisheye e quindi della distorsione radiale e tangenziale viene effettuata utilizzando il modello di calibrazione di Bröwn (1966), il quale è implementato all’interno dell’algoritmo del comando sopra descritto. Le componenti di errore sistematico imposte dall’obbiettivo al momento della presa sono valutabili attraverso delle funzioni polinomiali, ottenute aggiungendo al modello di collinearità 5 parametri di distorsione (𝑘1, 𝑘3, 𝑘5, 𝑝1, 𝑝2).
Quello che si ottiene sono le coordinate immagine corrette alle quali sono state eliminate le deformazioni radiali e tangenziali. Si ottengono dalle seguenti relazioni:
{𝑥 = 𝑥̂ + 𝑑𝑥𝑟+ 𝑑𝑥𝑡 𝑦 = 𝑦̂ + 𝑑𝑦𝑟+ 𝑑𝑦𝑡
(20)
Dove:
- x e y sono le coordinate correte dagli effetti sistematici indotti dalle distorsioni radiali e tangenziali;
- 𝑥̂ e 𝑦̂ sono le coordinate affette dagli errori legati alle distorsioni delle lenti; - 𝑑𝑥𝑟 e 𝑑𝑦𝑟 sono gli errori prodotti dalle distorsioni radiali;
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Le distorsioni radiali e tangenziali valutate attraverso il modello di Bröwn sono:
𝑑𝑟 = 𝑘1𝑟3+ 𝑘
3𝑟5+ 𝑘5𝑟7+.. (21)
Dove r è la distanza radiale tra il punto immagine e il Punto di Migliore Simmetria e 𝑘1, 𝑘3, 𝑘5 sono i parametri di distorsione radiale delle lenti.
𝑑𝑥𝑡 = [𝑝1(𝑟2+ 2𝑥2) + 2𝑝
2𝑥𝑦](1 + 𝑝3𝑟2+. . )
𝑑𝑦𝑡 = [𝑝2(𝑟2+ 2𝑦2) + 2𝑝
1𝑥𝑦](1 + 𝑝3𝑟2+. . ) (22)
Dove r è la distanza radiale tra il punto immagine e il Punto di Migliore Simmetria e 𝑝1, 𝑝2 sono i parametri di distorsione tangenziale delle lenti.
Sulla base delle relazioni analitiche espresse precedentemente, l'intero filmato acquisito con la camera digitale è stato rettificato, minimizzando le aberrazioni geometriche principali.
Di seguito in (Fig. 80) è riportato un frame estratto dal video prima e dopo il processo di eliminazione delle distorsioni. Si nota subito come l’effetto distorsivo a barilotto è stato completamente eliminato una volta applicato la trasformazione di Bröwn. L’immagine sarà priva della distorsione tuttavia sarà ingrandita sui bordi, di conseguenza in questa zona si avrà a risoluzione minore rispetto alla zona centrale che continuerà a mantenere la definizione originale.
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Fig. 80 - Differenza tra frame originale (in alto) e calibrato (in basso).
6.1.3 ELABORAZIONE DEL DATO – ESTRAPOLAZIONE SINGOLI FRAME
Una volta terminato il processo di conversione si passa alla fase 2 di Editing (Fig. 81) nella quale è possibile applicare usa serie di effetti grafici volti ad eliminare i difetti delle immagini originali e a migliorarne le caratteristiche radiometriche. In questa fase è possibile esportare singoli frame del video rettificato, dal quale è stata rimossa la distorsione, ottenendo così le immagini calibrate da utilizzare per la fase di Image Matching successiva.
Per farlo si seleziona il filmato e ci si posiziona sul frame interessato usando i comandi di riproduzione oppure i tasti freccia della tastiera. Dopodiché dal menù a tendine File si seleziona export / still image e si esporta l’immagine con la risoluzione desiderata in formato JPEG. Per facilitare l’operazione si può usare il comando rapido CTRL+SHIFT+E.
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Per avere un alto numero di punti omologhi in grado di generare una nuvola di punti il più denso possibile sono stati memorizzati i frame relativi ad ogni secondo, ottenendo così 113 elementi.
Una volta che viene fatto partire il comando si apre una finestra di selezione nella quale bisogna impostare la risoluzione con cui si vuole esportare il frame. In questo caso è stata selezionato “Actual Size” che fornisce l’immagine con maggiore qualità.
Fig. 81 - Schermata video della fase EDIT di GoPro Studio. È stato posizionato il cursore romboidale in corrispondenza del secondo nel quale si vuole esportare il frame. A destra la finestra Export Still Image
permette di scegliere la qualità dell’immagine esportata.
Nel caso si volesse memorizzare il video calibrato si passa all’ultima fase di esportazione nella quale può essere scelta la qualità del prodotto finale.
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6.2 IMMAGINI TERMICHE OTTENUTE CON TERMOCAMERA AD
INFRAROSSI OPTRIS PI450
Attraverso l’utilizzo della termocamera ad infrarossi è stato acquisito un filmato termico nel quale sono stati rilevati i valori radiometrici di grigio relativi all’oggetto inquadrato dall’obbiettivo.
Il video viene memorizzato in un formato speciale creato appositamente dalla OPTRIS, il quale può essere riprodotto, analizzato ed elaborato solamente attraverso un software specifico fornito direttamente dalla marca produttrice dello strumento.
Il formato in questione si chiama “.RAVI” e caratterizza un file video costituito da sequenze radiometriche prodotto attraverso i dispositivi OPTRIS Pi.
Il software in grado di analizzare file .RAVI si chiama “OPTRIS Pi CONNECT” e permette di esportare singoli frame dal filmato.
In totale le immagini memorizzate dall’inizio del decollo fino all’atterraggio sono 117, quindi sono state acquisite ad una cadenza diversa rispetto a quelle estrapolate del video della GoPro.
Di queste immagini solo 93 sono state ritenute adatte per la creazione del modello tridimensionale, prime 14 relative alla fase di decollo e stabilizzazione in quota e le ultime 7 della fase di atterraggio sono state cestinate.