Oggi, sia le applicazioni LiDAR che quelle fotogrammetriche si stanno evolvendo rapidamente nel campo della mappatura con i droni. Con la graduale diminuzione dei prezzi dei droni, le persone possono utilizzare tecniche di rilevamento tramite droni per valutazioni rapide di terreni e infrastrutture. Attualmente, quando si tratta di attività di mappatura con i droni, la scelta tra l'imaging LiDAR e quello fotogrammetrico dipende in gran parte dall'applicazione specifica in questione, nonché da fattori operativi quali costo e complessità. In questo articolo, esploreremo le differenze tra la tecnologia LiDAR e quella fotogrammetrica.

Cos'è il LiDAR e come funziona?

Sensore LiDARsta per "Light Detection and Ranging" (rilevamento e misurazione della luce), e questa tecnologia esiste da decenni, ma è recentemente diventata disponibile in dimensioni e potenza adatte ai droni di grandi dimensioni. Un sensore LiDAR emette impulsi laser e misura il tempo esatto che impiegano questi impulsi a tornare dopo essere rimbalzati da terra, nonché l'intensità dei riflessi.

Il sensore stesso è solo una parte del sistema LiDAR ed è fondamentale avere un Global Navigation Satellite System (GNSS) ad alta precisione e un'unità di misura inerziale (IMU) per determinare l'orientamento del sensore nello spazio. Tutti questi sottosistemi di fascia alta devono funzionare in perfetta coordinazione per elaborare i dati grezzi in informazioni utilizzabili, un processo noto come georeferenziazione diretta.

Cos'è la fotogrammetria e come funziona?

La fotogrammetria è una tecnica che utilizza immagini di oggetti per ricostruire le loro posizioni spaziali e forme tridimensionali. Nella fotogrammetria, un drone cattura un gran numero di foto ad alta risoluzione in un'area e queste immagini si sovrappongono, consentendo allo stesso punto sul terreno di essere visto da diverse posizioni vantaggiose e attraverso più foto. Similmente a come il cervello umano utilizza le informazioni provenienti da due occhi per fornire la percezione della profondità, la fotogrammetria utilizza queste molteplici posizioni vantaggiose nelle immagini per generare una mappa 3D.

Pertanto, la ricostruzione 3D ad alta risoluzione include non solo informazioni sull'elevazione/altezza, ma anche la consistenza, la forma e il colore di ogni punto sulla mappa, semplificando l'interpretazione della nuvola di punti 3D generata.

LiDAR vs fotogrammetria: qual è la differenza?

Principio

Sensore LiDAR: La tecnologia LiDAR si basa sull'emissione e il rilevamento di impulsi laser per misurare la distanza tra il sensore e gli oggetti nelle sue vicinanze. Analizzando il tempo impiegato dagli impulsi laser per tornare dopo essere rimbalzati sul bersaglio, LiDAR calcola distanze precise e crea una rappresentazione di point cloud dell'ambiente.

Fotogrammetria: La fotogrammetria, d'altro canto, utilizza immagini sovrapposte catturate da diverse angolazioni per estrarre informazioni 3D. Analizzando l'effetto di parallasse, che è lo spostamento apparente degli oggetti dovuto al cambiamento di prospettiva tra le immagini, gli algoritmi di fotogrammetria ricostruiscono la geometria 3D della scena.

Raccolta dati

Sensore LiDAR: I sistemi LiDAR emettono impulsi laser in uno schema di scansione, catturando un gran numero di punti al secondo in un ampio campo visivo. Ciò consente al LiDAR di fornire nuvole di punti dense e precise, anche in ambienti complessi come vegetazione densa o aree urbane.

Fotogrammetria: La fotogrammetria si basa sulla cattura di una serie di immagini ad alta risoluzione utilizzando telecamere montate su droni, aerei o piattaforme terrestri. Queste immagini devono avere una sovrapposizione significativa per garantire una ricostruzione accurata. La qualità dell'output fotogrammetrico dipende dalla risoluzione dell'immagine, dalla sovrapposizione e dalla disponibilità di caratteristiche distinte per la corrispondenza.

Precisione e risoluzione

Sensore LiDAR: I sistemi LiDAR sono noti per la loro elevata accuratezza nella misurazione delle distanze, raggiungendo in genere una precisione sub-centimetrica. LiDAR fornisce inoltre un'accuratezza costante su diverse gamme, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono misurazioni precise.

Fotogrammetria: L'accuratezza della fotogrammetria è influenzata da vari fattori, tra cui la qualità dell'immagine, la calibrazione della fotocamera, l'accuratezza del GPS e la presenza di occlusioni. Sebbene la fotogrammetria possa raggiungere un'elevata accuratezza, è generalmente considerata di accuratezza inferiore rispetto al LiDAR. Tuttavia, i progressi nella tecnologia delle fotocamere e negli algoritmi di elaborazione delle immagini hanno migliorato significativamente l'accuratezza fotogrammetrica negli ultimi anni.

Densità e copertura dei dati

Sensore LiDAR: I sensori LiDAR generano dense nuvole di punti con un'elevata densità di punti, fornendo informazioni dettagliate sull'ambiente catturato. Ciò rende il LiDAR ideale per applicazioni quali la modellazione del terreno, l'inventario forestale e il monitoraggio delle infrastrutture.

Fotogrammetria: La densità di punti nella fotogrammetria dipende dalla risoluzione delle immagini catturate e dalla distanza dagli oggetti. Mentre la fotogrammetria può produrre risultati accurati, in genere ha una densità di punti inferiore rispetto al LiDAR. Tuttavia, la fotogrammetria eccelle nel fornire texture e colori ad alta risoluzione, rendendola adatta per applicazioni visive come realtà virtuale, effetti visivi e visualizzazione architettonica.

Applicazioni

Sensore LiDAR: Grazie alle sue misurazioni accurate della distanza e alla capacità di penetrare la vegetazione, il LiDAR è ampiamente utilizzato in applicazioni quali la mappatura topografica, la modellazione delle inondazioni, la guida autonoma e l'agricoltura di precisione. Il LiDAR trova inoltre applicazione nella creazione di modelli di elevazione digitale (DEM), nell'analisi di ambienti urbani e nella mappatura di siti archeologici.

Fotogrammetria: La fotogrammetria ha una vasta gamma di applicazioni, tra cui la mappatura 3D di siti di patrimonio culturale, il monitoraggio ambientale, la documentazione di cantieri edili e la modellazione paesaggistica. È anche ampiamente utilizzata in settori come l'architettura, la produzione cinematografica, i giochi e la realtà virtuale per creare modelli e visualizzazioni 3D realistici.