31 Caratteristiche dello strumento:
Capitolo 4 Prove eseguite: obiettivi e procedure applicate
In questa sezione sono riportate le procedure delle prove eseguite utilizzando lo scanner a luce strutturata F6; alcune (prove n.3 e n.6) sono state integrate con scansioni mediante il laser scanner FOCUS 3D 120s. Nel capitolo successivo vengono riportati le metodologie e i risultati delle elaborazioni con appositi software.
Le prove 1,2,3 sono relative ad oggetti a geometria nota e di dimensione finita con lo scopo di determinare il comportamento della strumentazione in diverse situazioni di oggetti indoor.
Le prove 4,5,6 sono relative ad una parte di impianto costituita da tubazioni idrauliche ed elettriche presenti nei sottoservizi del Politecnico di Torino.
1) La prima prova è stata caratterizzata dallo studio di un rilievo architettonico in differenti condizioni di luce. Lo scopo del test è valutare le funzionalità del software proprietario ECHO dello strumento F6 e la ricostruzione dei dettagli del rilievo da parte dello scanner F6.
2) La seconda prova è relativa al rilievo di un tavolo, sempre con lo strumento a luce strutturata, in cui si è voluto testare se lo strumento è in grado di rappresentare oggetti con una dimensione prevalente sulle altre (in questo caso la lunghezza del tavolo) e valutare la risposta ad una superficie riflettente.
3) La terza prova ha contemplato l’utilizzo sia della luce strutturata sia del laser scanner. L’oggetto rilevato è l’insieme di tre armadi di cui due metallici e uno con ante a vetro. In questo caso la prova è stata effettuata per valutare le differenze tra le acquisizioni di superfici metalliche, di superfici vetrate, e di oggetti collocati oltre i vetri.
4) La quarta prova è relativa al rilievo di una tubazione che si estende per l’intera altezza di una parete situata all’interno del corridoio al primo piano del DIATI del Politecnico di Torino. In questo caso si è voluto provare a ricostruire il modello matematico del cilindro suddividendolo in sezioni circolari per individuare in maniera automatica il raggio e il centro.
5) La quinta prova è relativa a un cilindro consistente in un tubo porta-progetti appoggiato su un piano in ambiente indoor. La forma e la posizione dell’oggetto permettono di effettuare una scansione a 360° e quindi di ottenere un modello 3D di una forma cilindrica ideale. Sono state fatte diverse elaborazioni di un'unica scansione per valutare quale minima porzione della nuvola è necessario considerare per ricavare un valore accettabile del raggio che non si differenzi eccessivamente dal valore ottenuto con la scansione a 360°.
6) La sesta prova è stata condotta in un corridoio presente al piano interrato all’interno del DIATI, per una lunghezza di circa 42 metri, per testare se lo strumento è in grado di ricostruire un modello piuttosto esteso senza errori di sovrapposizione, andando a confrontarlo con una scansione laser 3D.
In seguito si è realizzato un modello matematico per le tubazioni presenti sul soffitto del corridoio.
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Si sottolinea il fatto che le prime due prove hanno voluto essenzialmente testare le funzionalità dello strumento a luce strutturata, senza utilizzare particolari elaborazioni con software dedicati, e per questo motivo vengono interamente riportate in questo capitolo.
Le operazioni necessarie per le prove consistono in:
Fig. 4.1 -
Schema operazioni necessarie36
Calibrazione e messa in stazione degli strumenti. Prima dell’inizio delle prove è necessario effettuare alcune operazioni iniziali:
lo scanner a luce strutturata necessita di essere calibrato, utilizzando un file apposito fornito dalla casa madre; al fine di avere una buona resa cromatica è necessario effettuare il bilanciamento del bianco per avere una buona resa cromatica; impostare i parametri del software proprietario ECHO in base all’oggetto e all’ambiente in cui è collocato.
Il laser a scansione terrestre deve essere collocato e fissato sopra un treppiede in modo tale che la base dello strumento risulti essere orizzontale. Non è necessario utilizzare il piombo laser per affinare il posizionamento dello strumento poichè non è stata fatta nessuna operazione di georeferenziazione. L’impostazione dei parametri prima di effettuare la scansione viene descritta nelle singole prove.
Acquisizione dei dati. Ogni scansione possiede un proprio sistema di riferimento che generalmente coincide con il centro dello strumento. Durante l’acquisizione viene generata una nuvola di punti per ogni scansione: la nuvola è limitata dalle dimensioni della finestra di scansione e dalle parti non visibili dell’oggetto. Nel caso in cui l'oggetto non sia stato acquisito completamente si rende necessario scegliere dei punti di riferimento che, per lo strumento a luce strutturata sono costituiti da punti facilmente riconoscibili (es. spigoli o discontinuità). Invece per il laser scanner è possibile utilizzare dei target artificiali posizionati in modo tale da essere acquisiti in due o più scansioni contigue.
Pulitura della nuvola di punti. Si attua un filtraggio del rumore presente nella nuvola di punti acquisita dovuto essenzialmente alla divergenza del fascio laser ed ai problemi di individuazione della direzione del fascio stesso. In tale fase si esegue anche l'eliminazione di dati spuri o legati a disturbo (oggetti non analizzati).
Georeferenziazione. Nelle prove non è stata eseguita in quanto non ci si è soffermati sulle problematiche relative al posizionamento del modello. Per questo motivo il sistema di riferimento utilizzato è stato quello locale generato dallo strumento.
Allineamento delle singole scansioni (o registrazione delle scansioni). È la procedura che consente di allineare ed unire le singole acquisizioni in una unica nuvola di punti secondo un determinato sistema di riferimento. Essa può essere eseguita mediante algoritmi di surface matching dove due scansioni adiacenti devono comprendere un numero minimo di punti in comune (generalmente si ricorre ad una sovrapposizione del 30%). In particolare l'algoritmo ICP (Iterative Closest Point), allinea le parti comuni di scansioni adiacenti attraverso la minimizzazione della distanza tra esse. Va sottolineato che la precisione ottenibile mediante surface matching è generalmente migliore di quella ottenibile mediante
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i soli punti di controllo; il secondo tipo di registrazione è quindi generalmente limitato a quei casi in cui non sia possibile disporre di una quantità sufficiente di punti in comune tra scansioni adiacenti.
Si riportano in forma tabellare (tab. 4.1) le prove eseguite evidenziando gli oggetti scansionati, la strumentazione utilizzata, il numero delle scansioni effettuate per ogni prova e lo scopo della prova.