LINEE GUIDA SUL TRATTAMENTO DATI LASER A SCANSIONE TERRESTRE MEDIANTE SOFTWARE LEICA CYCLONE VERSIONE 7

Abstract

Il laser a scansione terrestre (TLS) è una tecnologia di recente ingegnerizzazione finalizzata all’acquisizione, modellazione e rappresentazione tridimensionale (3D) delle superfici fisiche osservate. L’alta densità e la precisione dei punti misurati mediante tecnica TLS permette di ottenere un alto dettaglio sia nel rilievo architettonico sia nelle osservazioni in campo ambientale [Bu e Zhang, 2008; Coppa et. al. 2008]. Infatti con la tecnica TLS vengono eseguite scansioni per valutare la stabilità e il degrado di edifici di pregio o manufatti architettonici in genere e per il monitoraggio di porzioni di territorio affette da fenomeni di dissesto idrogeologico ed alterazioni di superficie [Pesci et al., 2009; Casula et al., 2010]. Inoltre, la predetta tecnologia viene applicata già da tempo nell’industria per la creazione di modelli e per il controllo di qualità di pezzi meccanici. Esistono numerose tipologie di TLS, sviluppate ed ideate per offrire il miglior risultato in termini di accuratezza e precisione delle misure e dedicate a specifiche applicazioni. Le differenze sostanziali sono dovute al segnale laser utilizzato e alla potenza di emissione, al principio di misura (che si può distinguere tra triangolazione e misura diretta della distanza), alla portata massima, alla precisione della singola misura, alla risoluzione ed alla velocità d’impiego [Heritage et al., 2009]. Nel rilievo di piccoli oggetti - ad esempio i particolari architettonici e decorativi, i componenti di schede elettroniche o i dettagli di sistemi meccanici di macchinari industriali - vengono preferiti i TLS triangolatori, operanti su distanze variabili tra la decina di centimetri ed alcuni metri (short e mid ranges). Nelle applicazioni definite “long range” e “very long range”, in cui le portate variano tra la decina di metri ed il chilometro, sono utilizzati i TLS distanziometri, caratterizzati da una precisione di 5-7mm sulla misura della distanza e da una risoluzione che cresce linearmente con la stessa. Il principio di funzionamento del TLS distanziometrico prevede un raggio laser, deflesso su posizioni angolari calibrate mediante un sistema di specchi oscillanti e rotanti, che effettua una vera e propria scansione della superficie osservata illuminando ordinatamente un elevato numero di elementi. Il passo di campionamento viene scelto a priori in base alla distanza di lavoro ed al tipo di dettaglio necessario. Il passo di misura può essere scelto anche fino a dieci volte più piccolo del diametro dell’elemento illuminato dal laser, operando quindi un vero e proprio “overlapping” cioè un sovra-campionamento in modo da ridurre gli errori. Per ogni impulso laser inviato e ricevuto viene misurato il tempo e calcolata la distanza. La conoscenza degli angoli di invio e della distanza permette poi di localizzare il punto in un sistema di riferimento polare e successivamente di trasformare la nuvola di punti in un sistema relativo cartesiano che ha come origine il centro strumentale dello scanner. Inoltre, l’intensità del segnale di ritorno permette di caratterizzare i materiali utilizzati in quanto la riflettività dipende dalla rugosità degli stessi. In questa maniera è possibile ricavare le coordinate X,Y,Z del punto investito dal fascio laser oltre che i valori della scala colorimetrica R,G,B (Red, Green, Blue) e la riflettanza o riflettività, cioè la quantità di energia riflessa dal punto stesso in relazione all’energia emessa dal laser. La tecnologia TLS può operare anche in condizioni di assenza di luce ed è in grado di fornire nuvole di punti con una frequenza di acquisizione pari a centinaia di migliaia di punti al secondo per gli strumenti architettonici a corto raggio o short range (300m) o di migliaia o decine di migliaia di punti al secondo per quelli che possiedono un range maggiore (>=1500m). La risoluzione del metodo varia al variare della distanza dell’oggetto in esame ed è pari ad alcuni centimetri per il monitoraggio a grande distanza fino ad alcuni millimetri per le misure architettoniche o di monitoraggio di ponti. Negli strumenti a corto o cortissimo raggio (Short-Range o Very- Short-Range) utilizzati principalmente dall’industria meccanica è possibile raggiungere precisioni inferiori al decimo di millimetro. In questo rapporto si intendono fornire alcune linee guida atte all’inversione del dato TLS mediante il pacchetto software grafico interattivo Leica Cyclone Versione 7 operante all’interno di una GUI (Graphic User Interface) come quella tipica degli ambienti Microsoft Windows®, in particolare la versione Windows 7 PRO-ITA a 64 bit operante su workstation Intel. Il software in questione è reperibile in versione DEMO con piene funzionalità per la durata di cinque giorni dalla data di installazione, sul sito web: http://www.leicageosystems. com/en/Leica-Cyclone_6515.htm completo di manualistica descrittiva. È necessario, infine, mettere in evidenza che le funzionalità del pacchetto Cyclone versione 7 vanno molto oltre le note descritte in questo rapporto, e che in questa sede per brevità si forniscono le basi per il trattamento o processing dei dati TLS e la soluzione di alcuni problemi più comuni.