fotogrammetria

È disponibile Agisoft Metashape 1.5.0

Agisoft Metashape logo

Si evolve il famoso software di fotogrammetria digitale programmato dalla russa Agisoft: il noto Photoscan è stato fatto oggetto di una major release ed è diventato Agisoft Metashape, giungendo alla versione 1.5.0. Al momento in cui scriviamo la final release ufficiale è la 7492 rilasciata al pubblico in data 31/12/2018.

Non si tratta di un cambiamento radicale ma appunto di un update: il programma mantiene interfaccia, costi (sempre $3.499 per la versione Professional), pipeline di lavorazione (tranne per il fatto che per arrivare alla mesh 3D non è più necessario passare per la nuvola di punti densa), mentre i maggiori avanzamenti si hanno lato analisi. Vediamo le principali innovazioni.

Generazione di mesh ad alto dettaglio basata su mappe di profondità

Con Photoscan la generazione della geometria poligonale avveniva tramite la nuvola di punti densa: questo provocava spesso degli errori nella mesh, soprattutto in quei punti in cui la nuvola era sporca o poco dettagliata. In Metashape la generazione della geometria poligonale avviene attraverso le mappe di profondità, create durante il dense stereo matching, che promette una maggiore qualità e una geometria con maggior dettaglio rispetto al precedente sistema. Questo significa in primis che non è più necessario generare una nuvola di punti densa ad alto dettaglio per ottenere una mesh ad alto dettaglio: anzi non è proprio più necessario generare una nuvola di punti densa, che diventa quindi un dato che si può scegliere di non generare, se l'output finale è una mesh 3D.

Un altro cambiamento importante è l'implementazione del calcolo GPU: in questo modo si riduce significativamente il tempo di calcolo, fino al 50% in meno, e si riduce anche l'utilizzo della RAM, con un risparmio che in termini percentuali si aggira oltre il 30%. Questo processo era uno dei più pesanti all'interno della pipeline di produzione dati, e questo cambiamento dovrebbe garantire non solo maggiore velocità ma soprattutto la possibilità di portare a termine progetti più grossi con un hardware meno esigente rispetto al passato.

Agisoft Metashape 1.5.0 new features

Nell'immagine, i nuovi algoritmi di generazione mesh basata su mappa di profondità e classificazione semantica della nuvola di punti

Automatic multi-class dense point cloud classification

Si evolve anche la classificazione della nuvola di punti densa. Rispetto alla sola ground point classification, la multi-class è in grado di interpretare la nuvola di punti automaticamente raggruppando i punti in Terreno, Vegetazione, Edifici, Strade, Macchine e manufatti dell'uomo. Questa nuova classificazione semantica aiuterà tutti coloro che sono impegnati in progetti che richiedono un'analisi fine dei dati, e può diventare fondamentale ad es. nella generazione delle curve di livello senza il disturbo di elementi che altrimenti andrebbero classificati con un lungo lavoro manuale. Inoltre formati di esportazione come il .LAS che supportano la classificazione della nuvola (a livelli, nella versione 1.4 si arriva a 255) aiuteranno nell'interscambio dei dati tra diverse piattaforme software, soprattutto quelle GIS.

Cloud processing option

La principale novità di Metashape è l'introduzione del cloud processing: all'utente non è più richiesto di investire in una struttura hardware adeguata alla dimensione dei suoi progetti, con assegni spesso a 4 zeri, ma potrà sfruttare la struttura messa a disposizione da Agisoft pagandola in base all'effettivo utilizzo con un costo parametrato sulla dimensione del progetto.

Aggiornamenti

I possessori di una licenza Photoscan potranno installare Metashape come fosse un aggiornamento, quindi in maniera gratuita.

Chi acquista una licenza Metashape, avrà a disposizione 12 mesi di supporto tecnico incluso nel prezzo e gli aggiornamenti gratuiti fino alla versione 1.9.x.

Per tutte le altre informazioni, il download della demo (o trial da 30 giorni) e dei set di prova, collegatevi al sito www.agisoft.com

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HOW TO: fotogrammetria e Agisoft Photoscan. Forzare l’allineamento delle immagini

Aerofotogrammetria con drone e Agisoft Photoscan: il modello 3D

Nelle precedenti puntate abbiamo visto come pianificare, acquisire e ottenere un modello 3D tramite aerofotogrammetria con il software Agisoft Photoscan. In questa puntata verrà analizzato un primo approfondimento tecnico volto a forzare l'allineamento delle immagini all'interno del software.

Può capitare a volte che l'acquisizione delle immagini sia stata frettolosa o non pianificata correttamente. Magari non era stata inizialmente prevista, ma al cliente volevamo comunque offrire un prodotto migliore e, smartphone in mano, ci siamo messi a scattare fotografie. In genere i sensori dello smartphone sono in grado di scattare ottime fotografie per i social, meno per usi professionali di questo tipo per via della dimensione veramente infinitesima del pixel del sensore. Ma costituiscono comunque una via di scampo in mancanza d'altro: il risvolto della medaglia è che la precisione finale sarà inferiore e a volte il software potrebbe faticare ad allineare le immagini, tanto più quando le foto sono affette da leggero mosso.

In questo caso il risultato sarà scadente, ma potremo ancora salvare il salvabile per riuscire a ottenere qualcosa che possa al limite esserci utile per lavorare la tavola del rilievo da stazione totale in ambiente CAD, sovrapponendo le centinaia di punti acquisiti a una immagine RGB. Non ci dovremo preoccupare che la precisione della stazione totale è almeno 10 volte superiore a quella della presa fotogrammetrica, perché grazie all'utility Raster Design potremmo applicare le necessarie deformazioni Rubbersheet basate sullo strumento.

HOW TO: aerofotogrammetria da drone e Agisoft Photoscan. Introduzione (parte prima)

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Workstation Photogrammetry Kaby Lake Box

I nostri tecnici del reparto Tech hanno messo a punto una Workstation pensata per il processamento di dati fotogrammetrici, che abbiamo deciso di descrivere e pubblicare in questo blog. La nostra società da anni opera nel campo dei rilievi fotogrammetrici per l'archeologia, l'architettura e la topografia, sia terrestre che tramite UAV, e grazie all'esperienza maturata è in grado di progettare sistemi budget-based in grado di offrire elevate prestazioni nell'analisi dei set di dati raccolti.

La WS è basata su piattaforma Intel Kaby Lake, con scheda madre MSI Tomahawk Arctic Z270, CPU i7-7700K, scheda video MSI GeForce GTX 1060 Armor 6G OCV1, con 32GB di RAM. I componenti di questo assemblato sono il giusto compromesso tra il budget del cliente e le prestazioni del computer, ma possono essere facilmente aggiornati agli ultimi ritrovati del 2018 con poca differenza di spesa. Andiamo a descrivere nel dettaglio la componentistica completa della WS prima di parlare delle caratteristiche e delle velocità prestazionali:

ComponenteCoresFrequenza
Corsair Case Obsidian 750D Air Flow edition --
CPU Intel Core i7-7700K 4/84,2GHz
MSI Z270 Tomahawk Arctic--
MSI VGA GeForce GTX 1060 Armor 6G OCV1 1280 1759MHz
Kingston SSD 240GB HyperX Fury-500MB/s 
Corsair 32GB DDR4 2400MHz- 2400MHz
PSU Corsair AX Platinum 760W-756W @ +12V

Ricordiamo che per applicazioni fotogrammetriche con i principali software come Agisoft Photoscan Pro e Pix4Dmapper il miglior sistema è quello che presenta il giusto mix di potenza tra tutte le principali componenti: frequenza CPU, GPU e quantità di RAM, che intervengono a vario titolo nei 4 processi fondamentali di un progetto fotogrammetrico: point analisys and matching, dense cloud generation, mesh generation, texture generation. Puntare tutto su un solo componente potrebbe generare dei colli di bottiglia su uno dei processi elencati rallentando o facendo fallire la restituzione fotogrammetrica.

Inoltre, quando all'interno dell'ufficio un computer viene fatto lavorare costantemente con carichi di load vicini al 100%, la generazione di calore delle componenti e la conseguenze necessità di raffreddarli con adeguate ventole aumenta. Un sistema silenzioso è fondamentale in questi casi per non generare all'interno dell'ufficio un noise di sottofondo molto fastidioso perché si tratta di un ronzio continuo e persistente.

Analisi del sistema

Una Workstation assemblata garantisce inoltre una lunga vita al sistema, consentendo di cambiare facilmente RAM, SSD, oppure consentendo di riutilizzare per futuri sistemi case e PSU. Abbiamo selezionato componenti di elevata qualità ed elevata resa in termini di consumo, a cominciare dall'alimentatore modulare Corsair AX760 di livello 80 PLUS Platinum low-noise: l'efficienza del sistema è ai massimi livelli (94% al 50% di carico), è garantito per ben 7 anni o 100.000 ore di funzionamento, e la ventola si attiva soltanto quando il carico in termini di watt supera il 70%, e genera comunque un rumore contenuto entro i 15 dB fino all'80% di carico, quindi con un consumo superiore a 600W.

corsair psu ax760 efficiency corsair psu ax760 fan-noise

La modularità del sistema garantisce una elevata pulizia di cavi all'interno del case, liberando al massimo tutte le vie di aerazione senza ostruire alcun componente.

L'areazione è un altro dei fattori fondamentali per garantire un corretto raffreddamento delle parti in gioco: l'Obsidian 750 Airflow di Corsair è un case full tower studiato appositamente per PC potenti: l'ingegneria interna massimizza i flussi d'aria e l'uso dell'alluminio e dell'acciaio spazzolato, oltre ad offrire un look elegante, aiuta ancora di più a mantenere l'aria interna fresca. Presenta sul frontale due ventole AF140L con pannello ad ampio flusso d'aria posizionate in modo da offrire la massima aerazione a CPU, RAM e GPU. Una terza ventola AF140L è posta sul retro per espellere l'aria generata all'interno del case, in particolare dalla CPU. Anche il pannello superiore è aperto per aumentare il flusso d'aria, così come quello inferiore, ed entrambi permettono l'installazione di ventole opzionali. Consente l'installazione di dissipatori per CPU alti fino a 170mm e l'alloggiamento di GPU fino ad una lunghezza massima di 450mm. Il doppio pannello laterale lascia lungo il fianco una sorta di intercapedine dove far passare tutti i cavi di collegamento, liberando ancora più spazio nel "vano" principale.

Questo consente al case di massimizzare il raffreddamento anche a bassa velocità delle grandi ventole, che si traduce in una silenziosità eccellente del sistema anche in full load, senza alcun rischio per le componenti che rimangono all'interno di una temperatura controllata di sicurezza. E grazie al sistema Armor della scheda video MSI, anche l'utilizzo della GPU rimane impercettibile. Osserva questo video: il test di silenziosità è registrato con un Rode VideoMic applicato ad una DJI Osmo Camera:

Potenza computazionale: Intel Core i7-7700K

Indubbiamente in una Workstation che richiede elevati carichi di lavoro, la velocità computazionale delle varie componenti è alla base.

La scelta è caduta sul miglior processore in circolazione, l'Intel Core i7-7700K Kaby Lake, compatibile con schede madri Z270. Il suffisso K indica che la CPU ha il moltiplicatore sbloccato verso l'alto, che consente più semplici pratiche di overclock per aumentare la potenza di questo componente centrale del sistema. Il processore si presenta con 4 core e Hyper Threading, è quindi in grado di processare 8 task logiche contemporaneamente, fattore che si risolve in almeno il 30% di velocità in più rispetto ad un quad-core senza HT. La frequenza di fabbrica è a 4,2GHz, già notevole, ma grazie al processo costruttivo di soli 14nm e al TDP massimo di "soli" 91W, guadagnare un significativo ammontare in più di GHz risulta semplice e indolore.

Per gestire tuttavia questo aumento di potenza, è necessario alzare leggermente il voltaggio del processore, che si traduce in un leggero aumento del calore da dissipare: per mantenere fresco il componente ed evitare un eccessivo degrado della CPU, abbiamo scelto di installare un dissipatore ad aria tra i più performanti sul mercato, il Noctua NH-D15, un dual tower a 8 pipe equipaggiato con 2 ventole da 140 mm, in grado di tenere a bada il termalismo del processore.

Intel Core i7-7700K Kaby Lake
MSI GeForce GTX 1060 Armor 6G OCV1

E potenza grafica: MSI GeForce 1060 Armor 6G OCV1

Con un processore ben pompato si è deciso di risparmiare qualcosa sulla scheda video, puntando su un chip GeForce GTX 1060 al posto del ben più costoso GTX 1080, sacrificando un po' di potenza GPU nel calcolo OpenCL, che in questo caso si appoggia alla tecnologia CUDA core.

Il chip è montato su una MSI Armor 6G OCV1, scheda video con 6GB di RAM e profili di overclock disponibili di default e forniti da MSI stessa attraverso la propria applicazione MSI Afterburner, progettata proprio per l'overclock del processore grafico. La premiata tecnologia di raffreddamento del produttore asiatico, prevede il sistema Armor abbinato a 2 ventole TORX con tecnologia ZERO FROZR: anche in questo caso, le 2 ventole si attivano soltanto quando la GPU ha un carico di load superiore al 60%, al di sotto del quale rimangono assolutamente ferme. È il sistema di dissipazione ad alette in alluminio e 2 heatpipe in rame a garantire il raffreddamento a ventole spente, grazie all'elevato flusso d'aria generato dal sistema AirFlow del case Corsair.

Infine, il design bianco si abbina perfettamente al bianco artico della scheda madre.

Richiedi il tuo preventivo

Se desideri un sistema budget-based pensato e progettato per analisi di set di dati nell'ambito della fotogrammetria terrestre e dell'aerofotogrammetria, che possa eventualmente lavorare ottimamente in ambiente CAD o essere altrettanto potente come sistema per l'elaborazione di nuvole di punti da laser scanner, compila il form sottostante descrivendoci la tua configurazione attuale, ti risponderemo il prima possibile con le nostre annotazioni e la nostra proposta.

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I droni: scelta e applicazioni per fotogrammetria

Nel precedente appuntamento sul mondo dei droni abbiamo introdotto l'attuale scenario previsto da ENAC con la famosa circolare LIC-15, nella quale l'Ente specifica classi e tipologie di drone. Oggi entreremo nel dettaglio delle tecniche aerofotogrammetriche attraverso l'utilizzo di un APR e quali caratteristiche deve possedere per operare in sicurezza e con risultati certi.

I droni: scelta e applicazioni

La fotogrammetria

Il termine fotogrammetria deriva dalle parole greche φάος, γράφω e μέτρον, ovvero uno strumento per misurare attraverso la scrittura tramite luce (fotografia). Si tratta di una tecnica che sfrutta l'analisi di una coppia di fotografie stereometriche, ottenute tramite scatti con la camera posta in due posizioni tali da consentire di rilevare forma, posizione e dimensioni dell'oggetto fotografato facendo ricorso alla stereoscopia artificiale.

Questa tecnica di rilievo affonda le sue radici nella geometria descrittiva, il cui studio risale ai tempi dell'antico Egitto, mentre le prime applicazioni pratiche dei principi geometrici risalgono al 1849, e al 1858 i primi esempi di fotogrammetria aerea.

In quasi 160 anni, per quanto le regole geometriche alla base di questa tecnica non siano mutate, molti passi avanti sono stati fatti nella pratica: da tempo è stata abbandonata la necessità di fare ricorso a camere metriche, grazie all'introduzione del digitale e ad algoritmi informatici in grado di analizzare le fotografie scattate da una macchina digitale. Il più famoso algoritmo di questo tipo è noto con il nome di Scale-Invariant Feature Transform (SIFT), particolarmente utilizzato in Computer Vision (CV) per rilevare e descrivere caratteristiche di un'immagine. Messo a punto da Lowe nel 1999 è stato poi brevettato negli Stati Uniti dalla University of British Columbia (Brevetto US 6,711,293).

Sulla base di questo sono stati poi sviluppati derivati e algoritmi simili che costituiscono il cuore di famosi programmi di fotogrammetria automatica come Agisoft Photoscan e Pix4Dmapper.

Trattandosi di fotogrammetria basata su analisi d'immagine, con tecniche derivate dalla CV, decadono molti stretti principi che sono alla base della fotogrammetria "tradizionale", in primis la necessità di avere una camera metrica: di fatto qualsiasi set di almeno 3 immagini, 5 consigliate, è in grado di restituire un modello 3D scalabile e texturizzabile. La fotogrammetria si differenzia infatti dalla CV perché intende restituire un modello metricamente esatto, e non approssimato, dello spazio ripreso.

La scelta della camera

Stabilito che alla base della fotogrammetria automatica da drone vi è la camera che cattura le immagini digitali, bisogna spiegare perché la sua scelta è importante ai fini del risultato: essendo la fotografia il risultato di una proiezione spaziale su piano bidimensionale, algoritmi come SIFT correggono la distorsione ottica della lente della camera, ma non quella geometrica introducendo quindi un fattore d'errore tanto più ampio quanto maggiore è la distorsione presente.

Da qui nasce l'esigenza per la fotogrammetria tradizionale di lavorare con camere metriche, camere con ottica fissa il cui livello di distorsione è calcolato a livello industriale e riportato in un certificato che appartiene unicamente a quella camera.

Inoltre, più grande è l'immagine maggiori sono le possibilità di calcolare features; più piccoli sono i pixel del sensore maggiore sarà il dettaglio presente in fotografia.

Fortunatamente il digitale ci viene in aiuto: utilizzando profili standard o calcolando la distorsione di camere prodotte in serie, si possono eliminare gran parte dei problemi di distorsione che rendevano poco affidabile un rilevamento fotogrammetrico. Ecco dunque che anche l'obiettivo fisheye di una GoPro Hero 4 con FOV di 178° può essere utilizzato per set fotogrammetrici se si istruisce il programma che dovrà analizzare immagini catturate con obiettivo fisheye. In alternativa è possibile "calibrare" la camera attraverso le utility che le stesse software house citate in precedenza mettono a disposizione.

Naturalmente se alla fonte si eliminassero le distorsioni (tipo pinhole camera) il risultato finale sarebbe indubbiamente più preciso. In ogni caso un programma come Pix4Dmapper viene fornito con i profili delle camere dei droni commerciali più famosi precaricati all'interno del proprio database.

Importante infine è la possibilità che la camera registri il file immagine in formato RAW: essendo un formato grezzo non vi è perdita di dati a priori e l'utente ha ampie possibilità di margini nell'elaborazione radiometrica del file in termini di contrasto, luminosità, nitidezza etc., sviluppando in batch le fotografie tramite appositi programmi come Adobe Lightroom. In ambito fotogrammetrico, risulta di maggiore precisione processare immagini in modo tale da aumentare la riconoscibilità delle feature, spesso aumentando leggermente contrasto e luminosità (facendo attenzione a non chiudere troppi i neri o aprire troppo le luci), ma elaborando successivamente la texture del modello 3D che sia "bella", in un processo invertito rispetto all'immagine seguente che mostra le potenzialità d'elaborazione di un file RAW.

Landscape Photography Editing in Lightroom 5/6

La fotogrammetria da drone in pratica

Abbiamo detto in precedenza che le immagini per essere accoppiate stereometricamente devono essere scattate da posizioni precise. Inoltre affinché gli algoritmi automatici siano in grado di individuare le feature omologhe è necessario che uno stesso oggetto sia inquadrato in più immagini da posizioni diverse. In questo modo l'algoritmo non fa altro che ricostruire la tridimensionalità della scena in base allo spostamento della camera, secondo una tecnica che da questo assunto prende il nome di Structure from Motion, o SfM.

Tipicamente le foto verticali devono garantire almeno una sovrapposizione del 60% circa tra immagini successive e tra strisciate una sovrapposizione laterale del 70%, con identica scala e possibilmente con identico tono (ovvero simile radiometria dell'immagine, approntata per l'analisi da algoritmi di tipo SIFT).

Poiché manualmente è complesso ottenere in maniera corretta un tale livello di precisione per centinaia di metri di volo, ecco che ci vengono in aiuto molte applicazioni compatibili con i mobile devices utilizzati per pilotare i nostri droni: da DJI Go alla nuova DJI GS Pro (solo su iPad), alla citata Pix4D Capture, passando per molte altre app in grado di impostare il volo automatico su percorso e waypoint del nostro drone (Inflight, etc.). Si disegna a schermo la porzione di territorio da sorvolare per la ripresa e l'app calcolerà automaticamente le linee di volo e la frequenza di scatto per garantire il corretto livello di sovrapposizione delle immagini.

VAI AL TUTORIAL SULL'AEROFOTOGRAMMETRIA: DALLA PIANIFICAZIONE DEL VOLO AL MODELLO 3D

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Una soluzione completa per la fotogrammetria automatica

DJI Osmo e fotogrammetria automatica: la soluzione

La tecnologia consente oggi, grazie al formato digitale, di ottenere dati di grande precisione in poco tempo. La possibilità di ricostruire scene in 3D è possibile grazie ai sempre più avanzati algoritmi di analisi dell'immagine, alla base dei più famosi software di fotogrammetria automatica. Uno di questi è Pix4DMapper, che ricostruendo la disposizione dello spazio di immagini catturate da una camera come la DJI Osmo è in grado di calcolare la posizione nello spazio dei punti rappresentati sulla medesima immagine, tramite tecniche di image matching.

Il modello 3D generato dal software può essere facilmente importato nella soluzione CAD Analist Cloud 2017, con il quale ricavare velocemente curve di livello, profili, sezioni, e tutte le operazioni tipiche della topografia. Infine presenta i tuoi Progetti animando il tuo modello 3D con OneRay-RT.

Vediamo più in dettaglio la soluzione.

DJI Osmo

Un'ottima camera per set di presa destinate alla fotogrammetria è la DJI Osmo, progettata per riprese video di qualità cinematografica ma in grado di scattare fotografie con risoluzione 4000 x 3000 grazie al sensore CMOS da  12,4MP effettivi. DJI Osmo è una camera stabilizzata su 3 assi (pitch, roll & pan), che vi consente di scattare fotografie in sequenza tramite la funzione timelapse. Sebbene siano preferibili soluzioni più votate alla fotografia, con sensori full frame a risoluzione più elevata, DJI Osmo è una gimbal manuale che presenta i seguenti vantaggi:

  • Costo contenuto
  • Focale fissa (con Zenmuse X3)
  • Scatto in formato RAW .DNG
  • Peso decisamente contenuto (221 gr. solo gimbal)

Si manovra grazie all'applicazione gratuita DJI GO disponibile per dispositivi Android e iOS e liberamente scaricabile dai rispettivi store.

I dispositivi consigliati vanno dall'iPhone 5S (o versione più recente) al Samsung S5 (o versione più recente), passando per dispositivi Android Nexus, Sony Experia e altri ancora.

Pix4D Mapper

Questo software è in grado di ottenere modelli 3D di precisione centimetrica e millimetrica (a seconda delle capacità dell'operatore), per generare ortofoto, Raster DSM 3D, ottenere nuvole di punti da gestire con software professionali quali PointCab o PoinTools Edit. Le fotografie scattate con DJI Osmo in RAW e convertite in formato PNG lossless possono essere importate in Pix4D che in poco tempo vi restituirà un modello 3D scalabile su misure reali, georeferenziato e facilmente misurabile.

Recentemente Pix4D ha introdotto la possibilità di ottenere anche modelli DTM accurati riuscendo a calcolare gli elementi da rimuovere e interpolando il terreno, per ottenere in questo modo modelli di elevazione decisamente accurati.

Pix4D Mapper
Pix4D Mapper DSM -> DTM

OneRay-RT

Rendering e Animazioni 3D in tempo reale grazie a OneRay-RT, il nuovo software per creare Animazioni e Rendering 3D in tempo reale dei tuoi modelli 3D creati con Pix4Dmapper, o altro software equivalente. Ma se vuoi, puoi creare i tuoi modelli da zero: il software include tutti gli elementi necessari per rendere gli ambienti realistici e completi (auto, persone, alberi, strade, tavoli, sedie, ecc.). OneRay-RT si interfaccia perfettamente con Analist e con Pix4Dmapper: adesso puoi creare animazioni dei tuoi Progetti in pochi minuti e affascinare i tuoi Clienti.

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