Frontlap e Sidelap nella fotogrammetria con droni: la sovrapposizione ottimale per Agisoft Metashape

Il frontlap e il sidelap sono due delle impostazioni più importanti nella fotogrammetria con i droni. Anche con una fotocamera eccellente, il posizionamento RTK e una distanza di campionamento al suolo (GSD) ridotta, una sovrapposizione insufficiente delle immagini può causare un allineamento scadente, lacune nella nuvola di punti, una calibrazione instabile della fotocamera e una ricostruzione 3D imprecisa.

Per i rilievi aerei elaborati con Agisoft Metashape, un valore di riferimento utile è una sovrapposizione frontale di circa l’80% e una sovrapposizione laterale di almeno il 60%.

Tuttavia, questi valori vanno considerati più come un punto di partenza che come impostazioni universali valide per ogni progetto. Cantieri, foreste, edifici, cave e strutture 3D complesse potrebbero trarre vantaggio da una sovrapposizione notevolmente maggiore.

Questa guida spiega cosa sono il frontlap e il sidelap nella fotogrammetria con i droni, come la sovrapposizione delle immagini influisca sull’elaborazione con Metashape e quali impostazioni di sovrapposizione prendere in considerazione per le diverse applicazioni di mappatura.

Cos’è il “frontlap” nella fotogrammetria con i droni?

Il “frontlap”, detto anche “overlap in avanti”, indica di quanto si sovrappongono tra loro due immagini consecutive scattate lungo la stessa traiettoria di volo.

Ad esempio, se la tua missione utilizza una copertura frontale dell’80%, circa l’80% del terreno visibile in una fotografia dovrebbe comparire anche nella fotografia successiva scattata lungo la traiettoria di volo.

Questo significa che il drone si sposta in avanti solo di circa il 20% dell’area coperta dall’immagine prima di scattare la foto successiva.

Un frontlap più alto permette a Metashape di ottenere più osservazioni delle stesse caratteristiche da posizioni della telecamera leggermente diverse.

Cos’è Sidelap?

Il termine “sidelap”, ovvero “sovrapposizione laterale”, indica la sovrapposizione tra le fotografie scattate lungo linee di volo parallele adiacenti.

Se in un rilevamento si usa una sovrapposizione laterale del 60%, circa il 60% dell’area coperta dall’immagine di una linea di volo si sovrappone alle immagini acquisite sulla linea di volo adiacente.

Il “frontlap” regola quindi la sovrapposizione nella direzione di volo, mentre il “sidelap” regola la sovrapposizione tra le linee di volo adiacenti.

Perché Metashape ha bisogno della sovrapposizione delle immagini?

Agisoft Metashape ricostruisce una scena individuando le caratteristiche comuni presenti in più fotografie.

Un elemento visibile in una sola immagine non può fornire informazioni sufficienti per la triangolazione fotogrammetrica.

Lo stesso elemento deve essere visibile da più posizioni della telecamera, in modo che Metashape possa stimarne la posizione tridimensionale.

Una buona sovrapposizione contribuisce a garantire:

• Allineamento affidabile delle foto
• Altri punti di parità
• Geometria della fotocamera più robusta
• Nuvole di punti più complete
• Migliore ricostruzione dei contorni del terreno
• Una calibrazione della fotocamera più stabile
• Migliore generazione di DEM e DSM
• Ortomosaici di qualità superiore

La sovrapposizione, quindi, non serve solo a evitare che ci siano spazi vuoti tra le foto. Determina infatti quanta ridondanza geometrica c’è nel blocco fotogrammetrico.

Frontlap e Sidelap consigliati per Agisoft Metashape

Per la fotografia aerea in generale, Agisoft consiglia all’incirca:

• Sovrapposizione in avanti dell’80%
• Sovrapposizione laterale del 60%

Questi valori sono un utile punto di riferimento per la mappatura nadirale convenzionale su terreni relativamente aperti e privi di ostacoli.

In contesti più complessi, aumentare la sovrapposizione può migliorare la robustezza della ricostruzione.

I valori sopra indicati vanno considerati come intervalli di riferimento pratici per la pianificazione, piuttosto che come standard universali di precisione. La sovrapposizione corretta dipende dal terreno, dalla fotocamera, dalla GSD, dalla geometria di volo e dai risultati finali richiesti.

L’80% di Frontlap e il 60% di Sidelap sono sufficienti?

Per molte rilevazioni nadirali convenzionali su terreno aperto, 80/60 è un buon punto di partenza.

Però, prova a immaginare di mappare un cantiere che contenga:

• Grattacieli
• Scavi
• Scorte
• Muri di contenimento
• Gru
• Terreno ripido

Gli oggetti possono nascondere alcune parti del terreno da certe angolazioni della telecamera. Un punto visibile da una traiettoria di volo potrebbe risultare nascosto da un’altra.

Una maggiore sovrapposizione offre ulteriori angolazioni di ripresa e aumenta la probabilità che ogni parte importante del sito compaia in un numero sufficiente di fotografie per consentire una ricostruzione affidabile.

Perché una maggiore sovrapposizione può migliorare la fotogrammetria

Una maggiore sovrapposizione comporta una maggiore ridondanza.

Invece di comparire solo in poche foto, un elemento del paesaggio può apparire in tante immagini scattate da diverse angolazioni.

Questo può migliorare:

• Distribuzione dei punti di parità
• Resistenza alle singole foto venute male
• Autocalibrazione della fotocamera
• Ricostruzione in prossimità dei bordi dell’immagine
• Copertura intorno alle occlusioni
• Stabilità complessiva dell’allineamento

Questo è particolarmente utile quando la superficie presenta texture ripetitive o complesse.

Si può avere una sovrapposizione eccessiva?

Sì, dal punto di vista dell’efficienza.

Aumentare la sovrapposizione significa scattare più foto nella stessa zona.

Altre foto in arrivo:

• Durata del volo
• Numero di immagini
• Requisiti di archiviazione
• Tempo di allineamento delle foto
• Tempo di elaborazione della mappa di profondità
• Requisiti di RAM
• Carico di lavoro legato all’elaborazione delle nuvole di punti

Ad esempio, aumentare la sovrapposizione di una missione da “moderata” a 90% frontlap e 90% sidelap può portare a un numero di foto decisamente maggiore, senza però garantire un miglioramento proporzionale del risultato finale.

L’obiettivo dovrebbe quindi essere quello di ottenere una ridondanza geometrica sufficiente senza generare dati superflui.

Giro iniziale, velocità del drone e intervallo tra le foto

Il “frontlap” dipende direttamente dalla distanza percorsa dal drone tra uno scatto e l’altro.

Se il drone si muove troppo velocemente rispetto all’intervallo della telecamera selezionato, la sovrapposizione in avanti diminuisce.

Dal punto di vista concettuale, questa relazione può essere intesa come:

Velocità maggiore + stesso intervallo tra le foto = tempo sul primo giro migliore

Velocità inferiore + stesso intervallo tra le foto = tempo sul giro più alto

Il software di pianificazione delle missioni di solito calcola automaticamente la distanza necessaria tra le foto in base all’altitudine di volo, all’area di copertura della fotocamera e alla sovrapposizione selezionata.

Comunque, la fotocamera deve essere fisicamente in grado di scattare foto all’intervallo richiesto.

Sovrapposizione e sfocatura da movimento

Aumentare la velocità di scatto costringendo la fotocamera a scattare foto a una velocità altissima non serve a niente se le immagini che ne risultano sono sfocate.

Le foto nitide sono fondamentali per un rilevamento accurato delle caratteristiche.

Se le condizioni di luce sono scarse, potrebbe essere meglio ridurre la velocità del drone piuttosto che usare tempi di esposizione più lunghi, che causano sfocature dovute al movimento.

Un set di dati con poche foto nitide e con una corretta sovrapposizione è in genere più utile di migliaia di immagini sfocate.

Sovrapposizione e distanza di campionamento al suolo

La sovrapposizione e la distanza di campionamento al suolo (GSD) vanno pianificate insieme.

Volare più basso riduce il GSD e permette di ottenere immagini più dettagliate, ma riduce anche l’area coperta da ogni singola fotografia.

Se la distanza tra le linee di volo e l’intervallo tra le riprese non vengono regolati di conseguenza, la sovrapposizione cambierà.

Ecco perché nella pianificazione dei voli fotogrammetrici bisogna tenere conto di:

• Dimensioni del sensore della fotocamera
• Lunghezza focale
• Altezza di volo
• GSD target
• Sovrapposizione in avanti
• Sovrapposizione laterale
• Velocità del drone

Questi parametri sono collegati tra loro.

Sovrapposizione su terreno irregolare

I terreni montuosi, le cave e gli scavi possono creare un altro problema.

Un volo pianificato a un’altitudine fissa rispetto al punto di decollo non mantiene una distanza costante dal suolo.

Man mano che il terreno si abbassa, l’area di copertura dell’immagine si allarga. Man mano che il terreno si alza verso l’aereo, l’area di copertura si restringe.

Questo significa che il GSD effettivo e la sovrapposizione possono variare nel corso della missione.

La pianificazione del volo con tracciamento del terreno può aiutarti a mantenere una distanza più costante tra la fotocamera e il suolo e, di conseguenza, una GSD e una sovrapposizione più prevedibili.

La migliore sovrapposizione delle immagini per i cantieri edili

I cantieri presentano spesso una geometria complessa e frequenti sbalzi di quota.

Un approccio pratico consiste nell’utilizzare approssimativamente:

• 80–85% del giro in testa
• 70–80% di sovrapposizione laterale

Le immagini oblique aggiuntive possono rivelarsi utili quando serve una ricostruzione accurata di facciate, muri di contenimento, fronti di scavo e strutture verticali.

Una griglia nadirale pura può generare un ortomosaico eccellente, pur non riuscendo a ricostruire correttamente le superfici verticali.

La migliore sovrapposizione per cave e miniere

Le cave presentano pareti ripide, terrazzamenti e forti dislivelli del terreno.

Spesso è utile avere una sovrapposizione maggiore rispetto a un rilevamento di base su terreno pianeggiante.

Un intervallo iniziale utile è:

• 80–85% del giro di testa
• 70–80% di sovrapposizione laterale

Le foto oblique possono migliorare la ricostruzione dei fronti di cava che risultano poco visibili nelle immagini nadirali verticali.

La migliore sovrapposizione per la vegetazione

La vegetazione è una delle superfici più difficili da trattare in fotogrammetria.

Le foglie e i rami possono spostarsi da una foto all’altra a causa del vento, mentre le grandi aree di vegetazione possono presentare texture ripetitive.

Aumentare la ridondanza delle immagini può aiutare a garantire maggiori possibilità di successo nell’abbinamento delle caratteristiche.

Per i terreni difficili con vegetazione, si può considerare come punto di partenza pratico una sovrapposizione in avanti di circa l’85–90% e una laterale del 75–85%, a seconda dell’altitudine di volo e dei requisiti del progetto.

Griglia singola vs griglia doppia

Un volo di mappatura normale di solito segue linee parallele in una sola direzione.

Una missione a doppia griglia aggiunge un’altra serie di linee di volo, che in genere incrociano la prima griglia in modo approssimativamente perpendicolare.

In questo modo si ottengono fotografie da ulteriori posizioni della fotocamera e si rafforza la geometria del blocco fotogrammetrico.

Le missioni a doppia griglia possono essere utili per:

• Cantieri edili
• Edifici
• Siti industriali complessi
• Aree urbane
• Progetti che richiedono una calibrazione accurata della fotocamera

Lo svantaggio è che il numero di foto e la durata del volo aumentano notevolmente.

Immagini nadirali vs oblique

La percentuale di sovrapposizione da sola non garantisce una buona ricostruzione 3D.

Se tutte le foto sono scattate verso il basso, le pareti verticali potrebbero risultare poco nitide anche con una sovrapposizione molto elevata.

Per scene 3D complesse, combina la fotografia nadirale con immagini oblique scattate da diverse direzioni.

Questo migliora la visibilità delle facciate e delle superfici verticali, creando al contempo una geometria della telecamera più solida.

Per un edificio, un ponte o una struttura industriale, l’angolo di visione dell’immagine può quindi essere importante tanto quanto la percentuale di sovrapposizione.

Cosa succede se la sovrapposizione è troppo bassa?

Una sovrapposizione insufficiente può causare:

• Telecamere non allineate
• Componenti separati della fotocamera
• Punteggi bassi nei tie point
• Buchi nella nuvola di punti
• DEM incompleti
• Lacune nell’ortomosaico
• Calibrazione instabile della fotocamera
• Deformazione locale

Purtroppo, una volta completato il sondaggio, non è più possibile risolvere definitivamente il problema delle sovrapposizioni.

Se alcune parti importanti del sito non sono state riprese da un numero sufficiente di angolazioni, la soluzione più affidabile potrebbe essere quella di ripetere il volo.

Di solito è meglio avere più immagini piuttosto che non averne affatto

Quando devi scegliere tra una copertura fotografica leggermente eccessiva e una insufficiente, in genere è più sicuro scattare qualche foto in più.

Se non servono, le immagini in più possono essere escluse dall’elaborazione in un secondo momento.

I punti di vista mancanti, però, non possono essere ricreati una volta che il drone ha lasciato il luogo.

Questo è particolarmente importante per i rilievi in zone remote o costose, dove ripetere la missione potrebbe essere difficile.

Come verificare la sovrapposizione delle immagini in Metashape

Dopo aver elaborato il set di dati, crea un report di progetto utilizzando:

File > Genera report…

Il rapporto contiene una mappa con la posizione delle telecamere e informazioni sulla sovrapposizione delle immagini che possono aiutarti a individuare le aree riprese da un numero insufficiente di fotografie.

Le aree in cui la sovrapposizione è minore meritano un’attenzione particolare quando si valuta la qualità dell’allineamento, la completezza del DEM e l’affidabilità dell’ortomosaico risultante.

Come pianificare la sovrapposizione delle immagini per Metashape

Ecco un flusso di lavoro pratico:

1. Definisci i risultati attesi.
2. Scegli la distanza di campionamento al suolo desiderata.
3. Calcola l’altitudine di volo richiesta.
4. Per la mappatura aerea standard, usa almeno circa l’80% di sovrapposizione frontale e il 60% di sovrapposizione laterale.
5. Aumenta la sovrapposizione in caso di terreni o strutture complessi.
6. Usa la modalità “terrain following” quando il dislivello cambia in modo significativo.
7. Aggiungi immagini con griglia incrociata o oblique quando la geometria 3D è importante.
8. Controlla che la velocità del drone e l’intervallo della fotocamera consentano di mantenere la sovrapposizione selezionata.
9. Scatta foto nitide.
10. Se possibile, verifica la validità del set di dati in Metashape prima di lasciare l’area di rilevamento.

Raccomandazioni finali

Per la fotogrammetria generale con droni elaborata in Agisoft Metashape, una sovrapposizione frontale dell’80% e una laterale del 60% dovrebbero essere considerate un punto di riferimento piuttosto che un obiettivo ambizioso.

Per i siti complessi, aumentare la copertura fino a circa l’80–85% per la sovrapposizione frontale e al 70–80% per quella laterale può garantire una maggiore ridondanza nella ricostruzione.

Superfici difficili, vegetazione e strutture complesse potrebbero richiedere una copertura ancora maggiore, direzioni di volo aggiuntive o riprese oblique.

Ma soprattutto, ricorda che la sovrapposizione è solo una delle componenti di una buona acquisizione fotogrammetrica.

I risultati migliori si ottengono combinando:

• Sovrapposizione frontale e laterale adeguate
• GSD corretto
• Foto nitidissime
• Geometria della fotocamera robusta
• RTK, PPK o punti di controllo a terra precisi
• Posti di controllo indipendenti
• Elaborazione corretta con Metashape

Bastano pochi minuti per pianificare una sovrapposizione adeguata delle immagini prima del volo per evitare di dover poi passare ore a risolvere i problemi di un progetto Metashape incompleto o instabile.

Domande frequenti

Quale sovrapposizione dovrei usare per Agisoft Metashape?

Per i rilievi aerei generici, Agisoft consiglia, come valore di riferimento, una sovrapposizione frontale di circa l’80% e una sovrapposizione laterale di almeno il 60%.

Qual è la differenza tra frontlap e sidelap?

Il “frontlap” è la sovrapposizione tra immagini consecutive lungo la stessa linea di volo. Il “sidelap” è la sovrapposizione tra immagini acquisite su linee di volo adiacenti.

Una sovrapposizione del 70% è sufficiente per la fotogrammetria con i droni?

Dipende se intendi la sovrapposizione frontale o laterale e dal progetto in questione. Per i rilievi aerei con Metashape, i valori di riferimento consigliati da Agisoft sono più elevati per la sovrapposizione frontale: circa l’80% in avanti e almeno il 60% di sovrapposizione laterale.

Una sovrapposizione 80/80 è meglio di una 80/60?

Una maggiore sovrapposizione laterale offre una ridondanza aggiuntiva e può migliorare i progetti più complessi, ma aumenta anche il numero di foto, la durata del volo e i requisiti di elaborazione. Dovresti usarla quando la geometria del progetto giustifica questi dati aggiuntivi.

Quale sovrapposizione dovrei usare per la mappatura delle costruzioni?

Un intervallo iniziale pratico e utile per i cantieri edili può essere di circa l’80–85% per la sovrapposizione frontale e del 70–80% per quella laterale, soprattutto in presenza di strutture, fronti di scavo e dislivelli significativi.

Mi serve una sovrapposizione maggiore per la vegetazione?

Spesso sì. La vegetazione può essere difficile da abbinare a causa del movimento e della ripetitività delle texture. Una maggiore ridondanza dell’immagine può migliorare l’affidabilità della ricostruzione.

Una sovrapposizione elevata garantisce una fotogrammetria accurata?

No. Una sovrapposizione elevata contribuisce a garantire una forte ridondanza delle immagini, ma la precisione dipende anche dalla GSD, dalla nitidezza delle immagini, dalla geometria della fotocamera, dalla calibrazione e dal georeferenziazione.

Posso correggere una sovrapposizione insufficiente all’interno di Metashape?

Le impostazioni di elaborazione non consentono di creare punti di vista che non sono mai stati acquisiti. Se una sovrapposizione insufficiente causa una ricostruzione mancante o instabile, potrebbe essere necessario ripetere il rilievo.