2016-11-20

"Restituzione Prospettica" - Roberto Angeletti - 1987

Quello che segue è uno scritto inedito, risalente ormai al lontano anno 1987, riguardante un programma per l'elaborazione dei calcoli, tramite computer, della restituzione prospettica, detta oggi anche prospettiva inversa, o "reverse perspective". Il computer in questione era un Apple Macintosh, uno di quelli a forma di telefono, con il display piccolo e a toni di grigio, ed il linguaggio di programmazione era il Basic 2.0 Microsoft ( ! ).
Torniamo indietro nel tempo (29 anni) e leggiamo come "restituire una prospettiva" con il metodo dei "punti di fuga".









"Restituzione Prospettica" - Roberto Angeletti 26 marzo 1987

Il problema della restituzione prospettica potrebbe essere visto come l'inverso della prospettiva. In sostanza si presuppone che, avendo un'immagine riproducente in proiezione centrale un qualsiasi oggetto, sia essa un disegno prospettico o una fotografia, si possano da questa estrapolare in qualche modo le distanze reali o e proporzioni della realtà tridimensionale dell'oggetto stesso. Ma ciò che appare ovvio, risulta non esserlo ad una analisi più accurata; infatti, è una pura ipotesi che una sola immagine contenga le informazioni necessarie e sufficienti per riprodurre nella sua spazialità l'oggetto rappresentato.
Ciò che il nostro cervello immagina come oggetto reale, e la forma che gli attribuisce, è soltanto frutto di una serie di confronti con modelli, o "shape", archiviati in memoria; osservando l'immagine della fig. 1, noi la confrontiamo con i milioni di informazioni visive che abbiamo nella mente e, trovata quella più simile, decidiamo che la serie di segni che vediamo "somigliano" ad un parallelepipedo che proietta ombra su due superfici affiancate ad esso. Questa chiave di lettura diventa subìto una convinzione così forte che, anche rovesciando il disegno, molti continueranno a vedere come volume ciò che sta sulla sinistra, anche se le informazioni dell'ombra dovrebbero suggerire diversamente.
L'ormai famoso esperimento della camera distorta di Ames e le illustrazioni di M.C. Escher ci dimostrano fuori di ogni dubbio, se mai ce ne fosse uno, che da un'immagine prospettica si può restituire anche l'oggetto che non è, o, addirittura, si può non comprendere la forma dell'oggetto. Conviene, quindi, scomporre il problema in maniera analitica.
Una "immagine" può essere definita come il luogo geometrico delle intersezioni tra il piano proiettivo e le rette passanti per l'occhio e gli elementi dell'oggetto.
Ad una sola immagine corrispondo infiniti oggetti di infinite forme. Scelta una forma, rimangono sempre infiniti oggetti, questa volta tutti simili tra di loro, con cioè, stesse proporzioni ma diverse grandezze. L'oggetto rappresentato può essere, infatti, piccolo e vicinissimo, o enormemente grande e lontanissimo. Dunque, per riottenere, con un metodo grafico o uno analitico, da una immagine le coordinate spaziali dell'oggetto, è assolutamente necessario conoscere alcune "condizioni", che potremmo chiamare "qualità" dell'oggetto stesso. Per essere più espliciti, dobbiamo aver approssimato l'oggetto ad un parallelepipedo o ad una serie di parallelepipedi, di cui conosciamo, se non la vera misura degli spigoli, per lo meno la giacitura reciproca delle facce.

Per tornare all'esempio della fig. 1, le cose che presupponiamo vere dell'oggetto sono:
1) si tratta di un parallelepipedo che proietta un'ombra su due porzioni di pano disposte ad elle.
2) il parallelepipedo e l'elemento formato dalle due porzioni di piano hanno rette comuni.

Vogliamo e possiamo, a questo punto, conoscere le dimensioni dell'oggetto. Trattandosi di un'assonometria, è immediato intuire un sistema che ci permetta di "misurare" l'oggetto dell'immagine; basta un righello per renderci conto che la faccia verticale disposta verso di noi ha il lato orizzontale lungo 1/3 dell'altro lato. Con un confronto ci accorgiamo subito che il piano verticale dell'elemento ad elle è identico alla faccia anteriore del parallelepipedo. Per quanto riguarda la faccia che ha ombra propria, le cose potrebbero essere più complesse, ma presupponendo che si tratti di una assonometria isometrica, scopriamo che la faccia laterale è identica alle altre, pur se nella deformazione assonometria. Una cosa analoga accade per le facce laterali, che scopriamo essere due quadrati.
Fin qui tutto è evidente. Ma cosa accadrebbe se, invece di una assonometria, avessimo una prospettiva a quadro genericamente inclinato ? In questo caso non potremmo dare per implicita la giacitura del piano di proiezione rispetto all'oggetto, ma vi dovremmo in qualche modo risalire.

Vediamo la fig. 2 : l'oggetto è qui rappresentato in una prospettiva accidentale a quadro inclinato,con tre punti di fuga. E' ben noto che per punto di fuga si intende il luogo geometrico ove convergono tutte le rette passanti per spigoli paralleli dell'oggetto. Essenzialmente, ci interessano i segnanti orientati verso destra, verso avanti e verso l'alto, e, quindi, rifacendoci ad un sistema cartesiano levogiro, useremo la dicitura "fughe di x, di y, di z".

Un metodo analitico per trovare i punti di fuga può essere quello di sviluppare un sistema di equazioni delle rette a cui appartengono due dei segnanti che concorrono ad una stessa fuga, usando le coordinate dei punti di inizio e fine dei segmenti.



Quello che segue è un sottoprogramma, scritto in BASIC 2.0 su Macintosh, per il calcolo del punto di intersezione tra due rette:





Nella fig. 2, i segmenti EI e GH concorrono alla fuga x; i segmenti FI e GL alla y; FH e EL alla z. Trovato il triangolo delle fughe, converrà controllarne l'esattezza, calcolandone l'ortocentro, che costituisce il piede dell'asse ottico, semiretta partente dall'occhio e normale al piano di proiezione (fig. 3).

Il sottoprogramma che segue calcola l'ortocentro di un triangolo:





La distanza tra il centro del fotogramma, P, e l'ortocentro trovato dovrebbe risultare nulla, essendo i due punti coincidenti; la misura della distanza tra i due, quindi, ci dà di quanto sbanda l'orientamento del sistema trovato da quello reale, ovvero la percentuale d'errore esistente.

Come accade con i metodi grafici, anche con procedimenti analitici la restituzione prospettica non risulta essere esente da coefficienti di errore, che possono essere determinati dalla imprecisione nella lettura delle coordinate sulla lastra o dalla approssimazione nei calcoli. Vari metodi possono essere usati per compensare gli errori o per annullarne gli effetti. Per quanto riguarda la ricerca delle fughe e l'errore dell'ortocentro, il metodo di compensazione adottato si basa sulla verifica del piano orizzontale; se esso risulta inclinato oltre una certa soglia, si può forzarne l'orizzontalità, spostando uno dei tre punti di fuga, secondo un criterio di scelta arbitrario dell'operatore.

Il sottoprogramma seguente, dati due punti di fuga, calcola le coordinate della terza fuga, basandosi sul punto P centro del fotogramma.




Questo sistema, ce può sembrare carente da un punto di vista teorico, risulta essere potente nella pratica, in quanto dà la possibilità di trovare un punto di fuga per il quale non esistano sufficienti elementi geometrici desumibili dall'immagine. Ciò avviene molto di sovente: basti pensare a fotografie di facciate di edifici, riprese in condizioni prospettiche sfavorevoli, come, ad esempio, all'interno di strade molto strette; in questo caso non si ha più la possibilità di eliminare l'effetto delle cosiddette "linee cadenti" con metodi ottici, come raddrizzatori, obiettivi basculanti e altro. Calcolando, invece, la fuga delle rette normali al piano del prospetto che ci interessa, possiamo operare analiticamente su di esso, scavalcando molti dei problemi legati all'ottica fotografica.
La distanza tra l'occhio ed il piano di proiezione può essere ricavata utilizzando le due misure B e C, prese in valore assoluto. Dalla geometria sappiamo che il quadrato costruito sull'altezza di un triangolo rettangolo ha la stessa area del rettangolo che ha per lati le proiezioni dei cateti sull'ipotenusa, cioè:


2
D = C * B





Trovata in questo modo quella che potremmo chiamare "distanza focale", prendendo i termini in prestito dal capo fotografico, il problema è quello di orientare un sistema di riferimento con origine nel punto di vista e con gli assi passanti attraverso i punti di fuga sul piano di proiezione, il che equivale a dire un sistema ugualmente orientato rispetto a quello dell'oggetto.

Consideriamo il sistema di riferimento della lastra o piano di proiezione, e cioè gli assi XL e ZL della fig. 4. Trasliamo della misura d questo sistema, portando così l'origine su O. L'asse YL coincide con l'asse ottico e "buca" il piano nel punto P, che corrisponde al centro della lastra fotografica.

Ricapitolando, gli elementi necessari sono:
1) il centro del' immagine
2) almeno due coppie di segmenti che concorrono alla fuga dello stesso piano.


Come si è già visto, non è indispensabile conoscere a priori la distanza focale, anche se il suo noto valore reale può essere usato come ulteriore controllo sui calcoli. In effetti si è cercato di ridurre al minimo gli elementi necessari a priori, aumentando quelli deducibili dalla immagine stessa.
Tornando a riferirci alla fi. 4, per orientare un sistema parallelamente all'oggetto, dobbiamo portare l'asse ottico a coincidere con l'asse y del sistema, passante per f. Ciò equivale a trovare due angoli, che chiameremo beta e alfa, che sono quelli di rotazione verticale ed orizzontale. L'angolo beta può essere calcolato tramite i cateti D e C del triangolo rettangolo. In maniera analoga, possiamo trovare l'angolo alfa, utilizzando il cateto A, e l'ipotenusa del triangolo precedente, presa, questa volta, anch'essa come cateto.




Il sottoprogramma seguente calcola i parametri d'orientamento del sistema XYZ rispetto al piano di proiezione:







Trovati in questo modo gli angoli di rotazione, abbiamo completato la ricerca dei parametri necessari. Infatti, per ottenere una visione prospettica di un oggetto avremmo bisogno delle coordinate del punto di vista (che noi imponiamo uguali a zero), degli angoli di definizione della posizione dell'asse ottico, e della distanza focale, ovvero del fattore di ingrandimento dell'immagine proiettata.

Limitandoci a ciò che avviene in pianta (fig. 5), possiamo affermare di conoscere l'immagine HL di un punto dell'oggetto e che le coordinate sulla lastra possono essere considerate spazialmente, aggiungendo come y la distanza focale d. Quindi, il punto HL avrà coordinate XL, d, ZL.
Eseguiamo una trasformazione di coordinate e riferiamo il punto ad un sistema ruotato della quantità alfa. Otterremo così le coordinate X2 e Y2. Consideriamo ora i triangoli rettangoli simili, che hanno le ipotenuse formate dal raggio visuale passante per il punto reale dell'oggetto e per l'occhio; tra essi possiamo imporre la proporzione tra i lati:


X2 Y2 Z2
------ = -------- = -------
X Y Z


Se noi fissiamo arbitrariamente una delle incognite, possiamo trovare le altre due; per esempio, fissando la Y troviamo la X

Y
X = X2 -----------
Y2


Analogamente, potremmo trovare la Z, sempre basandoci sulla stessa Y

Y
Z = Z2 -----------
Y2


In questo modo abbiamo trovato le coordinate spaziali di un punto dell'oggetto. Ora, per restituire tutti gli altri punti, è necessario fare alcune riflessioni. Imponendo arbitrariamente una coordinata non abbiamo fatto altro che scegliere uno degli infiniti oggetti simili che potrebbero dar luogo a quella stessa immagine; dunque, abbiamo trovato un oggetto che ha gli stessi elementi in una certa proporzione, direttamente dipendente dalla coordinata imposta. Se noi restituiamo un altro punto di cui ci è nota la distanza dal primo, possiamo calcolarci la scala di riduzione o di ingrandimento del modello che abbiamo trovato, rispetto al reale.
Il punto G della fig. 5 differisce dal punto H solo per le ascisse, giacendo su di una retta parallela all'asse X. Quindi, ripetendo i calcoli precedenti, "prendendo in prestito" la coordinata Y del punto H, troviamo le altre due coordinate del punto G.
In maniera analoga possiamo percorrere gli spigoli dell'oggetto della fig.2. Il punto L differisce dal G solo per le Y; il punto E differisce da L per le sole Z e così via. Agganciandoci, cioè, ad una delle coordinate costanti che ci sono note, possiamo trovare altri punti dell'oggetto; ciò equivale a muoversi lungo una retta o lungo un piano.

Tornando a quanto dicevamo sulla fotografia della facciata di un edificio, abbiamo così costruito un metodo che ci permette di restituire un prospetto, imponendo come costante la coordinata che individua il piano su cui giace la facciata stessa.

2016-10-29

Telerilevamento Low-Cost - Intervista ad Amedeo Lepore - Helios ReturnToHome

 HeliosRTH - operazione "Colombo"  :)

Intervistiamo oggi l'ingegnere Amedeo Lepore, project manager di "HeliosRTH", un'idea secondo noi geniale, relativa alla raccolta di dati soprattutto per la meteorologia, e che è stato presentata alla recente "Maker Faire 2016" di Roma.

Come nostro solito, poniamo ad Amedeo una serie di dieci domande.

Domanda 1)  Amedeo, puoi descriverci la vostra idea, che poi è diventata realtà ?

HeliosRTH - inizialmente semplicemente Helios (in varie versioni Helios, Helios 1.1, Helios 1.2 etc)
è nato come un progetto didattico già qualche anno fa.
Volevo interessare i miei alunni allo studio dell'Informatica, della Fisica, della Matematica, usando tecniche di Edutainment (https://it.wikipedia.org/wiki/Edutainment) e con loro ho cominciato a inviare sonde con sensori di vario tipo.
Abbiamo sempre recuperato capsule e dati - grazie a dei tracker gps - in zone piuttosto impervie della Puglia e della Calabria...
Dopo queste avventure abbiamo cominciato a pensare a come fare per recuperare le nostre capsule in modo più semplice evitando lunghi e costosi tempi di spostamento.
Doveva essere la capsula a tornare da noi... e non noi a dover cercare la capsula!
Grazie al contributo di professionisti appassionati (fra i quali Pasquale Adobbato e Simone Bacci) che si sono uniti al team siamo riusciti a realizzare il nostro sogno!
 

Domanda 2)  Quanto è durata la preparazione di questa idea ?

Se consideriamo solo l'ultima iterazione, HeliosRTH ha richiesto 3 mesi di preparazione.  Ma il progetto è nato da una esperienza pregressa accumulata in anni di esperienze. 
 

Domanda 3)  A che quota siete arrivati ?

Circa 30.000 metri con l'ultimo lancio. Ma con altri lanci abbiamo toccato i 35.000
 

Domanda 4)  Quanto è durato il volo ?

L'ultimo lancio è durato meno degli altri perchè la capsula ha percorso il primo tratto in picchiata ad una velocità molto alta.  Circa 4 ore e mezza. 



Domanda 5)  A che quota sono partiti i motori per il ritorno ?
 
Non ci sono motori!!! La capsula è un aliante privo di motori in grado di planare verso il punto desiderato. Non appena la densità dell'aria lo consente l'autopilota agisce sui servi collegati agli elevoni e orienta il sistema verso il punto di rientro.
 

Domanda 6)  A che distanza da voi è atterrato ?

Avevamo programmato un atterraggio "a elica".. doveva atterrare entro una circonferenza di raggio 100 metri da un punto prefissato. E' atterrato a circa 60 metri dal punto predefinito!



Domanda 7)  A che punto di quota avete ricevuto notizie dall'alto ?

Poco più di 1000 metri di quota. La rete GSM non è sempre affidabile.
 

Domanda 8)  Il volo di ritorno è stato completamente automatico ?

Assolutamente! Questa è la cosa che ha reso unico il progetto! Molti altri sono stati nella stratosfera... Ma noi siamo ritornati in automatico! 
 

Domanda 9)  Come si chiama l'oggetto che è tornato ?

Lo abbiamo chiamato Colombo perchè ci ha aperto un "Nuovo Mondo".
 

Domanda 10)  Potremo assistere ad un volo ?

Certamente! Sarà un vero piacere avervi con noi... E non come ospiti... ma come parte del team... 
E' un progetto didattico e abbiamo bisogno del contributo di tutti!
Abbiamo ricevuto contatti da diversi sponsor interessati a finanziarci per cui sicuramente il prossimo anno effettueremo più di un lancio. Tenete d'occhio il sito HeliosRTH.com per conoscere le date e i luoghi.



Ringraziamo Amedeo Lepore per la sua disponibilità, sperando di poter fare insieme al suo team un "selfie dall'alto"  :)


A presto

BobMaX

2016-10-16

Intervista a Simone Cortesi - OpenStreetMap Italia

Roberto(BobMaX)Angeletti  e  Simone Cortesi


Incontriamo Simone Cortesi, di OpenStreetMap Italia, durante l'evento "MAppiaM" a Roma, per la mappatura del parco dell'Appia, nella conferenza di inizio lavori nella facoltà di Lettere dell'Universita degli Studi "La Sapienza".

Prendiamo l'occasione per fargli una serie di domande riguardanti OpenStreetMap, la sua storia, la sua evoluzione, ed i suoi sviluppi futuri.


Prima domanda: Come (e in che anno) hai iniziato ad occuparti di OpenStreetMap?  Qual è stata la tua "molla scatenante"?

Risposta di Simone Cortesi:  
OpenStreetMap, come lo conosciamo oggi, non era ancora nato, era un sito web, un blog, una sorta di presentazione di quello che sarebbe diventato OpenStreetMap in futuro. Steve Coast aveva bisogno di "compagni di viaggio" per avviare questa avventura di creare una mappa libera del mondo, costruita un pezzo alla volta. A me servivano dei dati per l'Italia, e quindi sono entrato in contatto con lui, dopo una ricerca su internet che mi aveva portato al suo sito.

Seconda domanda: Ti saresti mai immaginato, in quel momento, che OSM sarebbe diventata in un certo senso la "Mappa Libera (non) Ufficiale del Mondo"?

Risposta: Non esiste una "mappa ufficiale del mondo". Esiste varie mappe che raccontano storie diverse, versioni diverse dello stesso Mondo. Pensa che, persino nell’Italia di oggi, esistono controversie territoriali fra comuni confinanti. E il Paese è in clima di pace.

Terza domanda: A che livello di diffusione è arrivata OSM? Sinceramente, in giro vedo circolare ancora mappe "(non) ufficiali" di vari comuni, turistiche e non, non basate su OSM, all'interno di negozi, alberghi, per strada.

Risposta:  Ci sono due tipi di diffusione di una mappa:

1) Osm è molto diffuso in molte regioni del mondo, è molto aggiornato e molto dettagliato.

2) Chi diffonde la mappa la ritiene attendibile, il che vuol dire che o hanno costruito loro direttamente i dati che la compongono o hanno modo di scaricare la responsabilità per quanto riguarda il suo utilizzo.

Per questo motivo, per avere una comune base di conversazione, vengono create quelle carte che in italia si chiamano “carte tecniche” edite dai vari organi di governo

Quarta domanda: Per quanto riguarda la mappatura dell'emergenza, abbiamo visto che sempre più spesso si parla di OSM (ma soprattutto si agisce), vero?

Risposta: E' vero. Il primo caso HOT, nel 2009 è stato per l'emergenza umanitaria relativa ai territori della Striscia di Gaza, ed in quel caso comprammo come OSM dall'Inghilterra, le foto aeree. Poi, il tutto si è evoluto arrivando a coprire decine di interventi di mappatura spot in giro per il mondo, interventi che coinvolgono anche migliaia di persone.

Quinta domanda: A che punto di dettaglio pensi si possa e debba arrivare su OSM ? Dove occorre fermarsi? C'è un limite fisico al caricamento di troppi dettagli? Penso ai civici.

Risposta: I civici sono un livello di dettaglio basso, un dettaglio grossolano. Il problema è l'editing.  Tutti i dati complessi hanno dei legami reciproci che sono difficili da seguire per tutti i mappatori, che possono essere interessati a determinati aspetti piuttosto che altri. Questa è la vera difficoltà nel caricamento e aggiornamento di dati a livello di dettaglio maggiore. Servono editor software che gestiscano questa complessità, aiutando gli utenti a modificare solo i dati cui loro sono interessati.

Sesta domanda: OpenStreetMap è una mappa 2D. Pensi sia giusto poter estrapolare un 3D, oppure si forza troppo la natura di OSM?

Risposta:  Sta diventando sempre più 3D, indipendentemente dalle intenzioni originali. Era nato 2D, solo per le strade, e questo già sembrava un obiettivo enorme da raggiungere: il grafo stradale del mondo intero. Poi è diventato qualcosa d'altro, contenendo sempre più "tag" connessi.  Google Earth allora neppure esisteva e si chiamava "buco della serratura" ovvero KeyHole, prima che la comprasse Google. Noi ci passavamo gli SHP file a mano, e non c'erano editor on line massivi e paralleli. Era un lavoro improbo, ma poi sono venute le modifiche online REST, mutuate dallo sviluppo web del cosiddetto “web 2.0”.

Settima domanda:  Per quanto riguarda gli edifici, pensi sia giusto e auspicabile memorizzare alcuni dati base, come altezza e tipologia copertura (tetto spiovente una falda, due falde, a cuspide, a terrazza), numeri civici, posizione dell'ingresso, tipo di affaccio?

Risposta: Questo tipo di tag è già presente, anche se non ben pubblicizzata e gestita dagli editor.

Ottava domanda: Quale dovrebbe essere l'utilizzo principale di OpenStreetMap?

Risposta: Qualunque. Soprattutto quelli che non immaginavamo.

Nona domanda: Cosa ne pensi di OpenStreetMap come supporto alla pianificazione
territoriale partecipata? Si potrebbe fare "politica" o "giornalismo" tramite OSM?

Risposta: Giornalismo sicuramente sì. Per l'aspetto pianificazione di per sè no. Come base per la pianificazione sicuramente sì, come carta di fondo su cui fare visualizzazioni e simulazioni di come gli interventi proposti impatterebbero.

Decima domanda: Conosci "Cesium", il globo open source basato su WebGL, che molti indicano come il successore di GoogleEarth ?  Troppo complesso per poter essere una "killer application" di supporto insieme a OSM ?

Risposta: Lo conosco di nome e ho visto un po’ di demo, ma è troppo complicato per me svilupparci sopra.

Ringraziamo Simone Cortesi per la sua disponibilità.
Comunque, ci rivela un'ultima cosa importante che riguarda OpenStreetMap: proprio qualche giorno fa ha firmato un accordo con il CAI, che renderà disponibili i suoi dati su OSM.  Simone ci rivela che è un progetto a cui ha lavorato da 12 anni, ed è stato sempre il suo sogno, quello di avere i percorsi disponibili nella mappa. La mappa libera del mondo.

Buon viaggio Simone,  e un augurio di non perderti nei meandri di una mappa.  In caso, leggi un buon libro in proposito    :)




A presto


Link utili (a Simone e altri):   



2016-10-11

MapWindow 5 - a Fast and Furious GeoInfoSystem for All of us, Finally ! It was time !

MapWindow 5    vs   QuantumGIS  2.0.16   redraw time with a BIG  SHP ,  with 800k  records.





MapWindow 5    vs   QuantumGIS  2.0.16  open Atrribute Table ,  with 800k  records.



MapWindow 5  is a GeoInfoSystem  program   Open Source  and Free.

To kow more about MapWindow 5, take a look at its web site page:   http://mapwindow.com/


http://mapwindow.com/



But, over all, download it and test it.   :)   from here:

https://github.com/MapWindow/MapWindow5/releases


I am sure, after your test, you will change your default current Open Gis.   ;) 

Some word about updating.   MapWindow 5 has an updating mechanism when exit.  In fact, quitting MapWindow 5,  if a new version is present on server, a panel appears, that alerts the user that is being downloaded a new version. Then, install the new begins, with no effort from the user. A good world :)




Do you remember the "minidump" panel on exit of a famous other gis?   Well, forget it !   

And Take note:  MapWindow 5  does not contain any palm oil !   ;)
 

About, programming  MapWindow 5 :   it is written in DotNet.    Sure, this will will turn up their nose to  
C ++ programmers.  But, really  DotNet is changing, from  "hateful and closed"   to  "nice and open"  :)
About this, look at this:  https://github.com/Microsoft/dotnet 


This is a short video that shows how to start programming MapWindow 5.



Furthermore,  I have  MapWindow 5  successfully running on my MacOSX.    So, who cares of what language it uses ?   I have another kind of dislikes, much more human, lately.  :)


 

To finish, I show you the video presentation of previous MapWindow version, where Dan Ames, project manager of MapWindow, explains the program and its possibilities.  Good vision  :)




A presto

2016-08-05

Intervista a Luca Congedo - "Semi-Automatic Classification" plugin per QGIS


Incontriamo (virtualmente) Luca Congedo, autore del "Semi-Automatic Classification" plugin per QGIS, e gli poniamo una serie di (dieci) domande relative al GIS e all'analisi territoriale.

Luca Congedo autore di SemiAutomaticClassification plugin per QGIS

Luca, innanzitutto complimenti per il tuo grande lavoro di programmazione di SCP. Potresti presentarlo (e anche presentarti :) un attimo ?

Domanda 1)  Come è nato il tuo "Semi-Automatic Classification" plugin per QGIS ?

Luca Congedo"Il Semi-Automatic Classification Plugin (SCP) per QGIS è nato nel 2012 quando lavoravo nel progetto di ricerca ACC Dar ( http://www.planning4adaptation.eu ), che aveva tra i suoi obiettivi la classificazione della copertura del suolo di Dar es Salaam (Tanzania). In questo progetto è stata sviluppata una metodologia di classificazione di immagini satellitari gratuite, cercando anche alternative open source ai software commerciali, per rendere più sostenibile il monitoraggio del territorio. Ho quindi sviluppato la prima versione del plugin che includeva le principali funzioni di classificazione.
Dopo che il progetto è finito ho continuato a sviluppare il plugin autonomamente, cercando di aggiungere funzioni che rendano il processo di classificazione più automatico e semplice."



Domanda 2)  Quale è lo scopo principale del plugin ?

Luca Congedo:  " Lo scopo principale del plugin è di fornire una serie di strumenti open source per l'analisi di immagini telerilevate che facilitino la classificazione della copertura del suolo, creando una catena di processamento il più possibile automatica. Questo nella speranza che gli enti e le persone coinvolte nel monitoraggio dell'ambiente e del territorio possano svolgere queste attività in modo rapido ed economico, soprattutto grazie alla disponibilità di immagini satellitari gratuite come quelle Sentinel e Landsat.
Sono molto soddisfatto quando ricercatori non specializzati in telerilevamento mi dicono di usare SCP, anche in ambiti molto vari come l'agricoltura, l'ecologia, o l'archeologia."



Domanda 3)  Hai riscontrato usi del plugin che non ti saresti aspettato ?

Luca Congedo:  "Ho riscontrato che molti privati utilizzano SCP, in particolare per il monitoraggio delle colture, utilizzando immagini acquisite da droni. Questo mi ha piacevolmente sorpreso in quanto quando ho ideato SCP pensavo principalmente alla classificazione di immagini satellitari."

Domanda 4)  Pensi che la analisi territoriale sia più Raster o Vettoriale ?  Un po' come dire sei più "Rock" o più "Lento"  ?  :)  Puoi anche non rispondere, avvalendoti della facoltà del NO COMMENT...

Luca Congedo:  "Penso che per l'analisi del territorio sia necessario utilizzare entrambi i formati Raster e Vettoriale, e dalla loro combinazione si possono produrre ottimi risultati. Ad esempio in SCP il formato vettoriale è usato per definire le aree di interesse (ROI) che sono poi utilizzate come input per l'analisi delle immagini raster.
Ovviamente la scelta tra raster e vettoriale dipende dagli obiettivi dell'analisi, dall'estensione dell'area di studio, e da vincoli software e hardware, da cui derivano anche i costi dell'elaborazione."

Domanda 5)  Quanto si può spingere l'analisi Raster ?  Intendo:  a che livello di risoluzione ?  Fino al metro?  Al mezzo metro i tempi di elaborazione diventano... eterni ?  :(

Luca Congedo:  "L'analisi Raster non ha limiti di risoluzione, anche se rimangono ovviamente i vincoli tecnici che accennavo prima. I tempi di elaborazione crescono con l'aumentare della risoluzione spaziale, ma i moderni computer permettono analisi di immagini anche con risoluzione di qualche centimetro (ad esempio acquisite da droni), purché l'area di studio non sia troppo estesa.
Per le classificazioni semi-automatiche è anche molto importante la risoluzione spettrale (il numero di bande dell'immagine), da cui dipende la capacità di riconoscere i differenti materiali. Anche in questo caso, maggiore è la risoluzione spettrale, maggiore sarà il tempo di calcolo. Il cloud computing sta comunque abbattendo sempre più questi limiti."



Domanda 6)  Quale è la differenza tra "copertura" e "uso" del suolo ?  Non è possibile catalogare l'uso tramite SCP ?

Luca Congedo:  "La copertura del suolo è definita generalmente come il materiale fisico che ricopre il suolo. Poiché ogni materiale riflette la radiazione elettromagnetica in modo differente, è possibile riconoscere i materiali sulla base della loro "firma spettrale". Su questo concetto si basano le classificazioni semi-automatiche che SCP produce.
Ad esempio, un'area ricoperta da alberi (classificata come copertura "vegetazione"), per l'uso del suolo potrebbe essere definita come "parco" oppure "area agricola". Quindi l'uso del suolo è legato alla funzione antropica di una certa superficie. Per ottenere l'uso del suolo da una classificazione di copertura del suolo sono necessarie ulteriori informazioni in situ o ricavate da fotointerpretazione."



Domanda 7)  Se si avessero a disposizione delle immagini multitemporali (e multispettrali) della stessa zona (ovviamente) i risultati della analisi tramite SCP sarebbero paragonabili ? 

Luca Congedo:  "Si possono paragonare i risultati prodotti da immagini differenti, purché le classi identificate siano comparabili. Quello che può variare considerevolmente in base alle risoluzioni delle immagini di input è la qualità delle classificazioni. In generale è quindi preferibile confrontare classificazioni prodotte da immagini multitemporali acquisite dallo stesso sensore."


Domanda 8)  Ogni immagine deve avere una propria lista di firme spettrali ?  Queste non possono essere "riutilizzate" per altre immagini ?

Luca Congedo:  "Si possono utilizzare le firme spettrali prodotte con immagini differenti (purché abbiano lo stesso numero di bande spettrali). Comunque è preferibile generare le firme spettrali sulla stessa immagine che si vuole classificare, per evitare che le differenti condizioni stagionali e atmosferiche influiscano sui valori delle firme, causando quindi errori di classificazione."

[ image from:  hyspeedblog.wordpress.com ]


Domanda 9)  Esiste un catalogo di "firme spettrali" ?  Qualcuno l'ha già fatto in Italia ?

Luca Congedo:  "Esistono dei cataloghi di firme spettrali. Un esempio notevole è la libreria di firme spettrali prodotte dall'USGS ( http://speclab.cr.usgs.gov/spectral-lib.html ) analizzando centinaia di materiali naturali ed antropici. L'utilizzo di queste firme per la classificazione delle immagini satellitari deve sempre essere valutato sulla base della risoluzione (in generale la superficie di un pixel contiene più di un materiale producendo firme spettrali "miste") e del disturbo atmosferico che può alterare la firma."


Domanda 10 e ultima:)   Il mio plugin GEarthView ed il tuo SCP sono affiancati nella classifica dei plugin più scaricati per QGIS (quinto e sesto).  Questo secondo me sta ad indicare una tendenza nel GIS Open verso la visualizzazione tridimensionale e l'analisi territoriale in tempo reale.  Quale è la tua opinione in proposito ?  Pensi che sarà possibile un'integrazione tra i due (anche qui puoi valerti della facoltà di NO COMMENT :)

Luca Congedo:  "Negli ultimi anni gli ambiti di applicazione del telerilevamento si stanno notevolmente espandendo, anche grazie alla maggiore disponibilità di dati; basti pensare ad esempio al programma europeo Copernicus, che sta lanciando vari satelliti per il monitoraggio del territorio. Anche il settore GIS si sta evolvendo rapidamente, e la visualizzazione tridimensionale del territorio con la disponibilità dei modelli digitali di elevazione permetterà una maggiore precisione nelle analisi territoriali. Sono quindi molto favorevole ad una interazione tra i nostri plugin, per mettere a disposizione della collettività strumenti open source sempre più avanzati."



Ringraziamo Luca Congedo per la sua disponibilità e a presto.


2016-07-08

Crowd4Roads (C4Rs.eu) - Intervista ad Alessandro Bogliolo


Roberto (BobMaX) Angeletti,  Alessandro Bogliolo

Incontriamo Alessandro Bogliolo, Professore Associato di Sistemi di Elaborazione dell'Informazione presso l' Università di Urbino, dove svolge ricerca negli ambiti delle reti di sensori, delle applicazioni mobili, della bioinformatica e del crowd-sensing. e coordinatore del progetto "SmartRoadSense".
  
Poniamo ad Alessandro Bogliolo una serie di dieci domande.

Domanda (1):   E' corretto dire che "SmartRoadSense" è "la mappa dello stato di manutenzione delle strade italiane" ?

Alessandro Bogliolo:  "E' quasi corretto... Servono solo due piccole precisazioni. La prima è che SmartRoadSense non è solo una mappa, ma un sistema per tenerla sempre aggiornata con il contributo di tutti. La seconda precisazione è che il dato che noi riportiamo misura l'irregolarità del manto stradale, non direttamente lo stato di manutenzione. Quindi i dati possono essere molto utili proprio a chi si occupa di manutenzione."




Domanda (2) A quanti chilometri di copertura "SRS" siamo arrivati ad oggi ?

Alessandro Bogliolo: "Ad oggi circa 30.000 km, ma per ora SRS è stato usato solo da poche centinaia di beta tester. Il bello viene adesso..."


Domanda (3) In genere, l'estate è un gran periodo di viaggi.  Ci saranno molti telefonini sul cruscotto, per registrare i dati SRS ? 

Alessandro Bogliolo: "Ogni smartphone con Android o iOS è un potenziale sensore di SRS. Basta scaricare l'app e avviarla quando si viaggia in auto per contribuire a mappare le strade percorse."


Domanda (4) Meglio coperture "cittadine" rispetto a lunghi percorsi ?  Intendo dire che conviene sperimentare con dati locali verificabili e ripetibili, piuttosto che lunghe e "noiose" autostrade ?

Alessandro Bogliolo: "Personalmente non ho preferenze ;-) Seriamente, ogni strada merita di essere monitorata. Farlo è talmente semplice e automatico che non farei distinzioni. Tutti i dati sono automaticamente validati da quelli conferiti da altri utenti. "




Domanda (5) Ha una qualche influenza la velocità dell'auto ?  C'è una velocità ottimale ?

Alessandro Bogliolo: "SRS non registra dati rilevati viaggiando a meno di 20km/h. La velocità ha una lieve influenza sulla misura, che è attualmente in corso di analisi dal punto di vista scientifico. Ma dal punto di vista pratico il dato è valido a qulunque velocità. L'unica raccomandazione (non per i dati ma per la sicurezza) è il rispetto dei limiti ;-) "


Domanda (6) E' riduttivo definire "Crowd4Roads" come "solo" l'estensione europea di "SmartRoadSense" ?

Alessandro Bogliolo: "Crowd4roads è in effetti molto di più, perchè è il riconoscimento del potere che hanno i cittadini (e gli automobilisti in particolare) nel contribuire con il proprio atteggiamento alla sostenibilità di un bene fondamentale come la rete stradale. E' questo il senso del progetto, a cominciare dal nome. Al progetto partecipano 7 partner di 4 paesi europei. Tra questi c'è BlaBlaCar, che aggiunge la condivisione di viaggi in auto alle buone pratiche per la sostenibilita, e istituzioni come la Regione Marche e la Regione Abruzzo, a dimostrazione dell'attenzione delle instituzioni alla sharing economy e alle iniziative dal basso. Proprio oggi BlaBlaCar ha pubblicato sul proprio blog l'invito ad usare SmartRoadSense: https://www.blablacar.it/blog/blablacar-smartroadsense-condizioni-stradali    "




Domanda (7) Un aspetto critico ed interessante è quello del sapere a priori quali strade non sono state ancora percorse dai volontari "SRS".  Per questo saranno usate tecniche di "gamification" ?

Alessandro Bogliolo: "Sì, è questo l'altro aspetto chiave di Crowd4roads: aggiungere una dimensione di gamification che faccia del monitoraggio delle strade un gioco avvincente. Non posso anticipare di più, ma avrete presto notizie!"



Nella foto: il Team di SmartRoadSense In ordine da sinistra a destra: Alessandro Bogliolo, Antonio Esposito, Andrea Seraghiti, Lorenz Cuno Klopfenstein, Michele Sorcinelli, Brendan Paolini, Saverio Delpriori, Alberto Carini, Valerio Freschi, Emanuele Lattanzi.


Domanda (8) E' ancora presto per stendere bilanci e statistiche a livello comunale, provinciale e regionale ?

Alessandro Bogliolo: "Assolutamente prematuro. Stiamo uscendo ora dalla fase di beta testing. A fine anno potremo riparlarne."


Domanda (9) In un catalogo nazionale degli OpenData quanta importanza potrà assumere lo storico dei dati SRS ?

Alessandro Bogliolo: "Dalla fine del 2016 in poi conto che i dati storicizzati di SRS assumano un ruolo importante nel panorama degli open data collaborativi di pubblica utilità, ma non sono in grado di quantificarne l'impatto."




Domanda (10) E' pensabile una App "C4Rs" che visualizza dati su mappe OSM offline e permette di scattare foto "Mapillary" dei tratti stradali più problematici ?

Alessandro Bogliolo: "E' sicuramente pensabile. E quel che è importante sottolineare è che chiunque abbia in mente un modo nuovo di usare i dati di SmartRoadSense può sviluppare la propria App e renderla disponibile a tutti perchè i dati sono aperti e il loro uso da parte di terzi è fortemente incoraggiato. SRS è una piattafomra che permette la collaborazione costruttiva tra chi vuole contribuire a mappare le strade e chi ha in mente usi creativi dei dati sulla loro qualità."




Ringraziamo Alessandro Bogliolo per la sua disponibilità.


A presto

BobMaX


Link utili:
http://exporttocanoma.blogspot.it/2015/08/smartroadsense-rilievo-dello-stato.html
http://smartroadsense.it/
http://www.c4rs.eu/
http://uniamo.uniurb.it/crowd4roads-un-progetto-che-piace-alleuropa/
http://www.eskillsforjobs.it/ambassadors/alessandro-bogliolo/291-alessandro-bogliolo
https://trasferimentotec.wordpress.com/2015/02/25/smartroadsense-unapplicazione-per-la-qualita-delle-strade/