Come elaborare insieme LiDAR e fotogrammetria da smartphone in Agisoft Metashape

Negli ultimi anni, i moderni smartphone si sono evoluti da semplici dispositivi fotografici a potenti strumenti di scansione 3D. Diversi dispositivi mobili di fascia alta, tra cui i modelli iPhone Pro di Apple e alcuni tablet avanzati, ora includono sensori LiDAR integrati in grado di acquisire informazioni sulla profondità in tempo reale.

Sebbene le sole scansioni LiDAR degli smartphone possano generare modelli 3D veloci, la loro precisione geometrica e la qualità delle texture sono spesso limitate rispetto alla fotogrammetria tradizionale. Tuttavia, combinando i dati LiDAR con immagini ad alta risoluzione elaborate con Agisoft Metashape, i professionisti possono creare modelli 3D dettagliati e precisi, adatti alla visualizzazione, alla documentazione e persino ad alcuni flussi di lavoro di misurazione.

Questo flusso di lavoro ibrido, che combina la scansione LiDAR e la fotogrammetria, offre un approccio potente per catturare ambienti complessi come interni, siti storici, aree di costruzione e impianti industriali.

Capire la tecnologia LiDAR degli smartphone

Il LiDAR, acronimo di Light Detection and Ranging, è una tecnologia di telerilevamento che misura le distanze emettendo impulsi laser e calcolando il tempo necessario alla luce riflessa per tornare al sensore.

Negli smartphone, i sensori LiDAR sono progettati principalmente per migliorare le applicazioni di realtà aumentata e la percezione della profondità per la fotografia. Emettono luce infrarossa e misurano la distanza dalle superfici circostanti, generando una mappa di profondità dell’ambiente.

Sebbene i sensori LiDAR degli smartphone siano più piccoli e meno potenti degli scanner LiDAR professionali, sono comunque in grado di acquisire dati spaziali sorprendentemente utili.

Le funzionalità tipiche del LiDAR per smartphone includono:

• Cattura in profondità fino a circa 5 metri
• Scansione dell’ambiente in tempo reale
• Generazione di nuvole di punti o mesh di base
• Integrazione con applicazioni AR e di scansione

Molte applicazioni mobili come Polycam, SiteScape e Scaniverse consentono agli utenti di esportare le scansioni LiDAR come nuvole di punti o modelli mesh che possono essere elaborati ulteriormente con software professionali.

Perché combinare LiDAR e fotogrammetria

Sia la fotogrammetria che la scansione LiDAR hanno punti di forza e limiti unici.

La fotogrammetria eccelle nell’acquisizione di texture ad alta risoluzione e di dettagli di superfici sottili utilizzando le fotografie. Tuttavia, può avere difficoltà in aree con basso contrasto visivo, superfici riflettenti o schemi ripetitivi.

Il LiDAR, invece, misura direttamente le distanze geometriche e può catturare la struttura spaziale anche in aree in cui la fotogrammetria potrebbe fallire.

Combinando queste due tecniche, è possibile beneficiare dei vantaggi di entrambe le tecnologie.

I principali vantaggi di un flusso di lavoro ibrido comprendono:

• Stabilità geometrica migliorata
• Migliore ricostruzione di strutture complesse
• Texture di qualità superiore dalle fotografie
• Allineamento più veloce dei dataset di immagini
• Migliore copertura delle superfici a bassa consistenza

Questo rende l’approccio combinato particolarmente utile per gli ambienti interni, la documentazione architettonica e la creazione rapida di gemelli digitali.

Panoramica del flusso di lavoro tipico

Il flusso di lavoro ibrido LiDAR e fotogrammetria prevede solitamente tre fasi principali.

1. Cattura i dati LiDAR con un’applicazione di scansione per smartphone
2. Cattura fotografie ad alta risoluzione dell’ambiente
3. Combinare ed elaborare i set di dati in Agisoft Metashape

La scansione LiDAR fornisce un riferimento geometrico iniziale, mentre le fotografie vengono utilizzate per ricostruire la geometria dettagliata e le texture.

Acquisizione di dati LiDAR con uno smartphone

Il primo passo del flusso di lavoro è l’acquisizione dei dati LiDAR con uno smartphone compatibile.

Diverse applicazioni sono in grado di esportare le scansioni LiDAR come set di dati 3D. Tra le scelte più diffuse ci sono:

• Polycam
• Scaniverse
• SiteScape
• App Scanner 3D

Quando si acquisiscono dati LiDAR, è importante muoversi lentamente nell’ambiente e assicurarsi che vengano scansionate tutte le superfici rilevanti.

Le buone pratiche di scansione includono:

• Mantenere un movimento costante della fotocamera
• Garantire una sovrapposizione sufficiente tra le aree di scansione
• Evitare i movimenti improvvisi
• Scansione da più angolazioni

Dopo la scansione, esporta il set di dati come uno dei due:

• Nuvola di punti (LAS o PLY)
• Modello di maglia (OBJ o GLB)

Questi formati possono essere successivamente importati in Metashape.

Acquisizione di immagini fotogrammetriche

Dopo aver raccolto i dati LiDAR, il passo successivo è l’acquisizione di fotografie per l’elaborazione della fotogrammetria.

Per ottenere risultati migliori, utilizza una fotocamera in grado di produrre immagini ad alta risoluzione. Anche le fotocamere degli smartphone possono funzionare bene se le condizioni di luce sono buone.

Le pratiche di acquisizione delle immagini consigliate includono:

• Elevata sovrapposizione di immagini (70-80%)
• Impostazioni di esposizione coerenti
• Evitare la sfocatura del movimento
• Catturare immagini da più punti di vista

Queste immagini verranno successivamente elaborate in Metashape per generare la ricostruzione 3D finale.

Importare i dati in Agisoft Metashape

Una volta acquisiti entrambi i set di dati, il passo successivo consiste nell’importarli in Agisoft Metashape.

Il flusso di lavoro tipico prevede innanzitutto l’importazione delle immagini fotogrammetriche.

1. Crea un nuovo progetto Metashape
2. Aggiungi le foto catturate
3. Esegui l’allineamento delle foto

Metashape rileverà automaticamente le caratteristiche comuni alle immagini e stimerà le posizioni della telecamera.

Una volta completato l’allineamento, il dataset LiDAR può essere importato come riferimento aggiuntivo.

Usa la funzione Importa nuvola di punti per caricare la nuvola di punti LiDAR nel progetto.

Allineare i dati LiDAR con la fotogrammetria

Per combinare efficacemente i set di dati, la nuvola di punti LiDAR deve essere allineata con il modello fotogrammetrico.

Questo processo può essere eseguito utilizzando punti di controllo o strumenti di allineamento manuale.

Un approccio comune consiste nell’identificare diverse caratteristiche riconoscibili che esistono in entrambi i set di dati. Queste possono includere angoli, elementi strutturali o oggetti caratteristici.

Una volta che questi punti sono stati abbinati, la scansione LiDAR può essere allineata con la ricostruzione fotogrammetrica.

Dopo l’allineamento, i dati LiDAR possono servire come riferimento geometrico per le successive elaborazioni.

Generare la nuvola di punti densa

Dopo l’allineamento delle immagini e l’integrazione del LiDAR, il passo successivo è la costruzione della nuvola di punti densa.

Questa fase ricostruisce la geometria dettagliata triangolando i pixel corrispondenti nell’insieme di immagini.

Le impostazioni consigliate sono:

• Qualità: alta
• Filtraggio in profondità: Lieve

La nuvola densa risultante rappresenterà la geometria finale ricostruita.

In molti casi, i dati LiDAR possono aiutare a migliorare la stabilità della ricostruzione e a ridurre il rumore nelle aree a bassa texture.

Costruire il modello 3D finale

Una volta generata la nuvola densa, il passo successivo è la creazione del modello a maglia.

La mesh converte la nuvola di punti in una superficie 3D continua.

Le impostazioni tipiche di generazione delle maglie includono:

• Tipo di superficie: Arbitrario
• Dati di partenza: Nube densa
• Numero di facce: Alto

Infine, le texture vengono generate proiettando le fotografie originali sulla superficie della maglia.

Questa fase produce un modello 3D altamente realistico con un aspetto visivo dettagliato.

Applicazioni dei flussi di lavoro ibridi LiDAR e fotogrammetria

L’integrazione del LiDAR degli smartphone e della fotogrammetria apre nuove possibilità di acquisizione rapida del 3D.

Questo flusso di lavoro è particolarmente utile per:

• Gemelli digitali indoor
• Documentazione architettonica
• Monitoraggio della costruzione
• Conservazione del patrimonio culturale
• Gestione delle strutture
• Ispezioni industriali

Poiché la scansione LiDAR da smartphone è veloce e portatile, consente di raccogliere rapidamente i dati anche in ambienti complessi.

Limitazioni da considerare

Nonostante i suoi vantaggi, la tecnologia LiDAR per smartphone presenta ancora diversi limiti.

Le principali limitazioni includono:

• Campo di scansione inferiore rispetto agli scanner LiDAR professionali
• Densità limitata della nuvola di punti
• Potenziale rumore nei dati di profondità
• Accuratezza ridotta in ambienti di grandi dimensioni

Per le attività di rilievo di alta precisione, i sistemi LiDAR professionali o le fotocamere dedicate alla fotogrammetria rimangono gli strumenti preferiti.

Tuttavia, per la cattura rapida dell’ambiente e la documentazione digitale, l’approccio ibrido LiDAR e fotogrammetria può produrre risultati eccellenti.

Conclusione

La combinazione della scansione LiDAR degli smartphone e della fotogrammetria rappresenta una nuova ed entusiasmante direzione nell’acquisizione della realtà 3D.

Integrando la geometria LiDAR con texture fotografiche ad alta risoluzione in Agisoft Metashape, i professionisti possono creare modelli 3D dettagliati in modo efficiente e con un equipaggiamento minimo.

Con il continuo miglioramento dei sensori degli smartphone, questo flusso di lavoro ibrido diventerà probabilmente uno strumento sempre più prezioso per architetti, geometri, ricercatori e professionisti del patrimonio digitale.

Per gli utenti che desiderano sperimentare flussi di lavoro innovativi nel campo della fotogrammetria, la combinazione del LiDAR degli smartphone con Agisoft Metashape rappresenta una soluzione potente e accessibile.