FOTOGRAMMETRIA
FOTOGRAMMETRIA (XV, p. 811; App. II, 1, p. 965)
L'evoluzione nella strumentazione e nei procedimenti per la f., che ebbe un forte impulso durante la seconda guerra mondiale per la necessità di disporre rapidamente di cartografia aggiornata in moltissime zone che ne erano prive, ha avuto negli ultimi tempi un ritmo ancora più vigoroso in seguito al rapido sviluppo e alla diffusione dei moderni metodi di automazione. Già da oltre un decennio il procedimento fotogrammetrico è il solo usato a scopi cartografici, ma, in virtù dell'alta precisione ottenibile nei rilievi a grande scala, ha avuto numerose applicazioni anche a scopi non topografici.
Operazioni di presa. - I progressi realizzati consistono essenzialmente in un miglioramento della qualità delle immagini, dovuto sia alla costruzione di ottimi obbiettivi grandangolari e supergrandangolari, sia al miglioramento delle emulsioni fotografiche. Sono stati realizzati vari tipi speciali di emulsione, all'infrarosso, a colori, spettrozonali, che consentono notevoli miglioramenti nell'identificazione dei particolari. Gli obbiettivi attualmente in uso presentano tutti un alto potere risolutivo (almeno 20 tratti per mm), buona luminosità uniformemente distribuita, distorsione contenuta entro 10 μ e molto simmetrica, piccolissima curvatura di campo. Le focali sono comprese tra 115 e 150 mm per gli obbiettivi grandangolari e tra 85 e 90 mm per i supergrandangolari. Il formato dei fotogrammi è pressoché standardizzato sulle dimensioni 18 × 18 oppure 23 × 23 cm.
Miglioramenti sono stati anche apportati agli strumenti per il controllo della regolarità del volo e per il comando automatico delle prese. Gli strumenti ausiliari maggiormente usati (soprattutto in zone con scarso appoggio topografico) sono attualmente lo statoscopio, il radaraltimetro o l'APR (Airborne Profile Recorder; v. anche telemetria elettronica, in questa App.).
Restituzione e strumenti restitutori. - I metodi per il piazzamento dei fotogrammi e per la restituzione analogica non hanno subìto grandi varianti. Anche negli strumenti restitutori i perfezionamenti consistono soprattutto in modifiche per una migliore comodità d'impiego e per adattarne le caratteristiche all'uso di prese con camere grandangolari e supergrandangolari. È da segnalare l'applicazione a molti tipi di strumenti di dispositivi per la registrazione automatica delle coordinate su nastro o schede perforate o su nastro magnetico. Tra gli strumenti più recenti di fabbricazione italiana segnaliamo lo stereocartografo Galileo-Santoni mod. V.
Stereocomparatori e monocomparatori. - Gli elaboratori elettronici oggi esistenti consentono di eseguire in tempi brevissimi calcoli di mole e complessità enormi, e hanno reso possibili i più significativi sviluppi delle tecniche fotogrammetriche. Sono stati, così, ideati particolari strumenti che consentono la misura delle coordinate, in un sistema di assi strumentali, dei punti omologhi sulle lastre di una coppia stereoscopica, con approssimazione di ± 2 μ o anche migliore. Noti gli elementi dell'orientamento interno della camera da presa, dalle coordinate dette sopra, e da quelle di un certo numero di punti noti sul terreno, si ottengono con appropriati procedimenti di calcolo gli orientamenti relativo e assoluto e le coordinate, nel sistema topografico, di qualsiasi numero di punti del modello. Questi strumenti forniscono, quindi, una restituzione discontinua e sono utilizzati per la triangolazione aerea e, in genere, per i procedimenti di restituzione numerica in cui, invece d'un disegno del rilievo, si vogliono ottenere le coordinate di una serie di punti, ubicati secondo certi criteri, da elaborare successivamente per via elettronica (per es., catasto numerico, progetti stradali, ecc.). In uno stereocomparatore vi sono almeno due carrelli portalastre, mobili secondo due direzioni ortogonali, e due obbiettivi di osservazione che fanno formare le immagini sul piano del rispettivo reticolo che reca una marca ed è visto attraverso un oculare. L'individuazione dei punti omologhi è data dalla formazione dell'immagine stereoscopica ottenuta spostando i carrelli portalastre finché i punti stessi si trovino sotto gli obbiettivi; poiché le lastre non possono essere ruotate nel loro piano, dei prismi d'Amici permettono di ruotare le immagini per ottenere la stereoscopia. La misura delle coordinate strumentali può avvenire mediante le stesse viti che comandano i movimenti dei cartelli: si tratta allora di viti con passo di 1 mm, delle quali si può misurare 1/1000 di giro. Alcuni strumenti fanno uso di graduazioni su regoli di vetro o di invar, o di reticoli; le distanze tra i tratti delle graduazioni e il punto collimato vengono misurate con viti micrometriche o con micrometri ottici. Altri strumenti, infine, usano il sistema Ferranti. Vi è, poi, un sistema di registrazione delle coordinate strumentali, che generalmente è costituito (oltre che da un display visivo) da una telescrivente e da un perforatore di nastro o schede, o da un registratore su nastro magnetico.
In una coppia stereoscopica vengono osservati anzitutto i repères di ciascuna diapositiva e le eventuali altre informazioni metriche in essa contenute (ciò permette la trasformazione da coordinate strumentali a coordinate lastra e le correzioni per la deformazione della pellicola) e quindi i punti di passaggio e tutti gli altri punti che interessano. Operando nel modo previsto dal programma di calcolo, le coordinate registrate potranno essere immesse senza alcuna manipolazione in un elaboratore elettronico.
Tra gli strumenti di fabbricazione italiana segnaliamo lo stereocomparatore OMI-Nistri TA3/P. Esso è l'unico strumento con tre carrelli portalastre; poiché la zona nadirale di un fotogramma è contenuta anche nel fotogramma precedente e in quello seguente, i punti di questa zona possono essere osservati simultaneamente in due modelli stereoscopici, eliminando così il pericolo di fratture dovute a cattiva identificazione dei punti. Un apposito dispositivo consente d'inviare agli oculari sinistro e destro, rispettivamente, le immagini date dagli obbiettivi accoppiati nell'ordine 1-2 e 2-3, oppure 2-3 e 3-1, o 3-1 e 1-2. Una macchina fotografica può fotografare il campo dell'oculare destro, il che consente di documentare i punti collimati. Le coordinate sono determinate dalle viti che muovono i carrelli, che sono munite anche di un correttore per il passo.
Altri stereocomparatori in uso, attualmente, sono: il TA2 (OMI-Nistri), lo stereocomparatore Galileo, lo SB 50 (Hilger & Watts), il PSK (Zeiss), vari tipi della OPTO Mechanisms (SUA), lo STK 1 (Wild), lo Stecometer (Jenoptik), lo stereocomparatore SOM (Francia).
I monocomparatori differiscono dagli stereo unicamente per avere un solo carrello portalastre, per cui ciascun fotogramma viene osservato separatamente. L'identificazione dei punti omologhi, se questi non sono dei particolari identificabili senza ambiguità (per es., incroci di strade) o segnali ben visibili posti sul terreno prima del volo, avviene segnandoli prima artificialmente sulle diapositive mediante uno speciale apparecchio che ne consente l'osservazione stereoscopica. Il monocomparatore, essendo più semplice, consente in genere una maggior precisione di misura che non lo stereocomparatore.
I principali tipi in uso sono: il TA1/P (OMI-Nistri), il monocomparatore Galileo, l'Ascorecord (Jenoptik; precisione di misura 0,1 μ), il PEK (Zeiss), il monocomparatore Optic (Canada), lo MK1 (Kern), il monocomparatore Mann & Opto (SUA).
Restitutori analitici. - Fin dal 1957 U. V. Helava concepì uno strumento, l'analytical plotter, consistente in uno stereocomparatore collegato con un calcolatore elettronico, un coordinatografo e un registratore di coordinate. Dopo anni di ricerche e sperimentazioni da parte della OMI-Nistri (Roma) che ha costruito le parti ottiche e meccaniche, e della Bendix Co. (SUA) che ha costruito la parte elettronica, furono prodotte le versioni AP1 e AP2, destinate a scopi militari, per lo NRC (National Research Council, del Canada) e per l'Air Force degli SUA. Dal 1964 è stata prodotta la versione commerciale detta AP/C. Recentemente, l'AP/C è stato equipaggiato con calcolatori general purpose di altre case costruttrici. Lo strumento può essere usato come uno stereocomparatore o come strumento di restituzione: infatti quando l'elaboratore ha determinato i parametri degli orientamenti relativo e assoluto, l'operatore può seguire una qualsiasi linea (curva di livello, strada, corso d'acqua) sul modello ottico e l'elaboratore trasforma le coordinate dei suoi punti e le trasmette al coordinatografo che esegue il disegno. Segnaliamo, infine, lo Stereotrigomat della Jenoptik, che è uno strumento intermedio tra quelli analitici e quelli analogici. Esso consta, sostanzialmente, di uno stereocomparatore, quattro calcolatori meccanici (calcolatori di raddrizzamento), e un calcolatore di modello.
Apparecchi automatici. - Costituiscono il più recente perfezionamento della strumentazione, suscettibile di ulteriori sviluppi che porteranno a una completa automazione della cartografia. L'identificazione dei punti omologhi di una coppia stereoscopica avviene, senza l'intervento umano, per mezzo di un dispositivo detto correlatore di immagini, ideato nel 1957 da G. L. Hobrough che lo denominò Stereomat, e che è stato oggetto di numerosi perfezionamenti.
Ciascuna lastra di una coppia stereoscopica è esaminata da un dispositivo di esplorazione costituito, sostanzialmente, da un tubo a raggi catodici, con circuiti di deflessione orizzontale e verticale, e da una cellula fotoelettrica tra i quali è interposta la lastra da esplorare. I circuiti di deflessione dei due dispositivi sono comandati da uno stesso generatore di tensione e i segnali elettrici emessi dalle cellule fotoelettriche sono inviati al correlatore. Se gli spots sono proiettati su punti P1 e P2 omologhi, le loro traiettorie attorno ad essi attraversano contemporaneamente particolari identici e i segnali che arrivano al correlatore hanno la stessa fase; se, invece, essi sono centrati sul punto P1 e su un punto P2′, prossimo a P2, gli spots attraverseranno gli stessi particolari con uno sfasamento costante pari a P2P2′; scomponibile secondo due direzioni ortogonali. Il correlatore analizza le differenze di fase e può digitalizzarle, eseguendo così delle misure di parallasse, oppure annullarle mediante opportuni servomeccanismi. Gli Stereomat furono applicati dapprima, come modifica, al Fotocartografo Nistri mod. VI e all'Aviograph Wild B8. La Wild produsse, in seguito, lo Stereomat B8 e, nel 1968, lo Stereomat Wild-Raytheon A 2000, strumento di concezione interamente nuova.
La triangolazione aerea. - Le ricerche e sperimentazioni effettuate in tutto il mondo sui procedimenti di compensazione hanno portato alla realizzazione di programmi di calcolo elettronico estremamente flessibili. L'uso dei mono o stereocomparatori, inoltre, consente precisioni eccellenti.
La tecnica pressoché universalmente seguita è quella dei "blocchi", costituiti da un certo numero di strisciate con andamento pressoché parallelo e sovrapponentisi lateralmente a due a due per circa il 20%, legate talvolta anche da strisciate trasversali. Questa tecnica, oltre a realizzare una stretta connessione fra le strisciate stesse, consente anche di ridurre il numero dei punti noti sul terreno. Uno dei procedimenti di compensazione più in uso è quello detto a modelli indipendenti. Con il programma di calcolo realizzato all'università di Stoccarda è stato compensato un blocco per la carta al 50.000 del Canada, ricoprente una superficie di 97.000 km2 e formato da 2193 modelli fotogrammetrici, il che ha comportato l'elaborazione di 49.754 equazioni di osservazione e la risoluzione di un sistema lineare con 29.366 incognite. Il calcolo ha richiesto 2937 secondi di CPU di un elaboratore Control Data 6600.
Applicazioni non topografiche. - La precisione raggiungibile rende la f. una tecnica di misurazione di oggetti fatta mediante prospettive fotografiche. Presenta i vantaggi dell'istantaneità, che consente di fotografare oggetti in movimento, della completezza d'informazione, che permette di definire qualsiasi superficie, e della conservazione dei dati, che consente di effettuare la loro registrazione indipendentemente dalla misura, che avviene all'atto della restituzione. È perciò evidente la sua utilità anche in applicazioni non topografiche, che generalmente sono eseguite coi metodi della f. terrestre e utilizzano camere da presa appositamente studiate per i vari scopi. Alcune di queste possono fotografare oggetti a distanza inferiore al metro e talvolta di pochi centimetri (Askania DMK-100/1318, Wild C40, Zeiss TMK, Sokkisha B-45, V-3, KSK-100 e altre). Citeremo anche le attrezzature per la stereomacrofotografia e la stereomicrofotografia, per la presa stereoscopica di piccoli oggetti senza o con l'uso di un microscopio.
Tra le più significative applicazioni segnaliamo: in ingegneria civile, lo studio e il controllo di ponti, dighe, grandi strutture metalliche come antenne radar, radiotelescopi, ecc., costruzioni in muratura, esecuzione di progetti stradali e d'irrigazione, studio dell'usura di manti stradali, ecc. Ricordiamo anche numerose applicazioni per lo studio dei moti dell'acqua in modelli idraulici o in opere idrauliche, studi delle correnti di traffico stradale o di navigazione, ecc. In ingegneria industriale merita particolare menzione la progettazione delle carrozzerie di automobili dal rilievo fotogrammetrico di un modello in scala (segnaliamo la camera da presa Technoster B appositamente costruita dalle Officine Galileo di Firenze) e lo studio del comportamento dei pneumatici eseguito in Giappone.
Ricorderemo, infine, gli studi e i controlli di macchine in genere e di turbine in particolare e i rilievi microfotografici di superfici per il controllo dello stato di usura.
In medicina, oltre alla roentgenfotogrammetria già da tempo in uso, segnaliamo le più recenti applicazioni per lo studio della morfologia di soggetti affetti da scoliosi, il controllo dell'evoluzione del corpo dei cosmonauti dopo prolungati voli spaziali, studi antropometrici sistematici (utilizzati anche dalle industrie di confezione di abiti), studi di ortopedia, di patologia degli organi addominali, del sistema vascolare, ecc. Particolare menzione meritano, infine, le applicazioni all'ortodonzia e all'oftalmologia, con rilievi della retina mediante curve di livello con equidistanza di 20 μ.
Tra le applicazioni di altra natura ricorderemo che in alcuni paesi (come in Svizzera e nella Rep. Fed. di Germania) la polizia ha in dotazione speciali camere da presa per il rilievo degl'incidenti stradali e per rilievi interessanti la criminologia. Un settore, infine, che va sempre più ampliandosi è quello del rilievo dei monumenti al fine di costituire archivi fotografici per il loro studio e la loro conservazione.
Bibl.: B. Hallert, Photogrammetry, New York e Londra 1960; Autori vari, Manual of photogrammetry, Amer. soc. of photogrammetry, Virginia 22044, 1968; H. Bonneval, Photogrammétrie générale, Parigi 1972; S. Schneider, Luftbild und Luftbildinterpretation, Berlino 1973; B. Astori, L. Solaini, Fotogrammetria, Milano 1974; F. Guidi, Introduzione alla fotogrammetria, Firenze 1975, Riviste: Photogrammetria; Photogrammetric Engineering; International institute for aerial survey and Earth sciences journal; The photogrammetric record; Bollettino della Soc. ital. di topografia e fotogrammetria.