Laser Scanner 3D ad Alta Velocità

I laser a scansione terrestre tridimensionale rappresentano la tecnologia più evoluta e rapida per l’acquisizione digitale di grandi quantità di dati metrici spaziali, assicurando un ragguardevole livello di dettaglio e completezza. Per chi si è cimentato nel rilievo diretto, architettonico e urbanistico, lo sviluppo recente di sistemi trasportabili di scansione 3D ha realizzato il sogno di ottenere, rapidamente ed in modo automatico, un modello tridimensionale rigoroso dell’oggetto e velocizzare la fase di gestione dei dati: con un semplice click è possibile la misurazione delle geometrie, archiviare le coordinate spaziali dei punti di interesse e la post-elaborazione dei dati per la modellazione ed il rendering. Il tutto con una modalità di rilievo non invasiva che permette di ridurre drasticamente i tempi ed i costi di progetto.

 

Nato per scopi industriali ed applicato in seguito in topografia, il laser scanning 3D ha cambiato l’approccio classico alle tecniche di rilevamento: questi strumenti topografici elettronici consentono all’utente l’acquisizione autonoma di oltre un milione di coordinate spaziali al secondo, trasformandoli in una “nuvola di punti” appartenenti all’oggetto del rilievo. Il principio su cui si basano le differenti tipologie di laser scanner può essere così riassunto: la proiezione sull’oggetto di un impulso elettromagnetico (il laser), deflesso mediante un meccanismo di specchi rotanti ed oscillanti, e l’analisi del segnale di ritorno, che consente di misurare l’intervallo di tempo trascorso, e quindi la distanza tra lo strumento ed il punto rilevato. Per ogni terna di misurazione [x;y;z] il sistema fornisce l’intensità del segnale di ritorno, descrivendo la superficie dell’oggetto scansionato.

 

Tutti gli strumenti laser scanner 3D non hanno bisogno di un operatore in fase di acquisizione, se non per le operazioni di accensione, inquadramento dell’area e avvio della scansione, ma questa semplicità operativa deve necessariamente essere affiancata da un’attenta programmazione delle fasi della campagna di rilievo, in funzione del rapporto forma/contesto.

 

L’accurata predisposizione delle operazioni di scansione permette infatti l’acquisizione anche di forme molto complesse, irregolari o con ampie alberature ed è utile prevedere l’incidenza dei parametri ambientali. Temperatura, condizioni atmosferiche, luce incidente, gli stessi colori dell’oggetto, le finiture superficiali lucide o altri campi elettromagnetici, possono in alcune condizioni interferire con la strumentazione. Le principali fasi della scansione e di elaborazione dei dati sono:
Messa in stazione dello strumento: per i laser a scansione terrestre si utilizza un treppiede che non deve essere messo in “bolla”.
Acquisizione dei dati: viene prodotta la nuvola di punti, la quale però lascia in ombra una parte dell’oggetto; nel caso in cui l’oggetto non sia stato scansionato in modo completo occorre effettuare altre scansioni con una sovrapposizione del 30% di punti in comune.
Pulitura della nuvola di punti: si attua un filtraggio del “rumore” presente nella nuvola di punti acquisita (errori standard di divergenza del raggio laser o deviazione dello strumento).
Allineamento delle singole scansioni: è la procedura che consente di allineare ed unire le singole acquisizioni in una unica nuvola di punti secondo un determinato sistema di riferimento.
Triangolazione e costruzione del telaio di punti (mesh)
Chiusura del telaio e correzione delle facce anormali
Decimazione: si riduce il modello per rendere più agevole l’elaborazione software.
Applicazione delle textures al modello 3D
Esportazione e rendering

 

L’attuale offerta del mercato è in grado di soddisfare ottimamente le esigenze di rilievo, anche se le diverse tipologie di laser scanner implicano alcune differenze e la scelta dello strumento deve essere effettuata in base alle esigenze specifiche di utilizzo. Anche il prezzo è strettamente legato ad alcuni parametri chiave:
1. qualità del laser scanner (range di misura, lunghezza d’onda del segnale, campo visivo, dotazione di camere digitali, tipo di alimentazione, facilità di trasporto, ecc..)
2. velocità di acquisizione dati
3. efficienza e semplicità di interfaccia del software acquisizione/gestione dei dati
4. supporto delle case produttrici di hardware e software

 

In particolare la maggiore precisione strumentale è determinante per la perfetta integrazione delle parti,  permettendo sostituzioni o aggiunte e la riduzione dell’eventualità di dover tornare sul luogo del rilievo. Anche il trattamento dei dati acquisiti non è un’operazione da sottovalutare: l’estrema velocità dei laser scanner 3D e la notevole quantità di dati acquisiti in poco tempo rendono la fase di elaborazione uno step cruciale del rilievo, strettamente legato alla qualità dei programmi di elaborazione dei dati ed al contenimento dei costi.

 

CAM2 Focus3D™
Focus3D di Cam2 è uno scanner tridimensionale ad alta velocità adatto a tutte le attività di misurazione e documentazione che richiedono un elevato grado di dettaglio. L’ampiezza del range (fino a 120m), il sensore di livello, la registrazione automatica, così come la compattezza dell’unità e la semplicità di utilizzo consentono di risparmiare fino al 50% del tempo di scansione ed elaborazione rispetto agli scanner laser tradizionali. Focus3D genera, con precisione millimetrica, una copia virtuale della realtà alla velocità di 976.000 punti di misurazione al secondo.

 

Steinbichler COMET L3D™
Comet L3D è il nuovo ultra-portatile laser scanner 3D di Steinbichler Optotechnik. Grazie alle sue dimensioni compatte, all’innovativa tecnologia a Led e al peso ridotto, offre grande flessibilità ed efficienza con costi di consumo estremamente bassi. La breve distanza di lavoro assicura facilità di utilizzo anche in aree ristrette e la modifica del campo di vista è veloce e semplice. Il tempo di misura contenuto e la semplicità di utilizzo consentono scansioni efficienti anche per le applicazioni più esigenti.  Può anche combinato efficacemente con i processi fotogrammetrici per digitalizzare gli oggetti di grandi dimensioni.

 

Z+F IMAGER 5010™
Lo scanner tridimensionale Imager 5010 di Zoller&Frolich si caratterizza per la velocità di acquisizione, la facilità d’uso e la solida accuratezza di misura. Il design compatto e il peso ridotto (meno di 10 kg per scanner e batteria), lo rendono un sistema di misura portatile realmente “stand alone“ per un rilievo senza cavi. L’ampia portata dello strumento (187 metri) e l’ottima qualità del dato migliorano di molto la fase di misurazione e riducono sensibilmente la fase di post-elaborazione.

 

Leica ScanStation C10™
Il Laser Scanner Leica ScanStation C10 è una piattaforma compatta all-in-one che include scanner, compensatore biassiale, batterie, sistema di controllo e archiviazione dati, fotocamera/videocamera con auto esposizione, piombo laser. La ScanStation C10 permette di effettuare scansioni full-dome con la possibilità di poter realizzare poligonali e intersezioni o utilizzare la scansione di targets per la massima flessibilità nella gestione della logistica del sito. Il sistema è dotato di un campo di ripresa 360°x270°, ampio raggio di scansione (300m, riflettività del 90%) e  alta velocità di scansione (50kpts/sec).

 

Articolo di Andrea Cantini


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