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I tipi di sensori nei sistemi aerei a pilotaggio remoto

Ai Sistemi Aerei a Pilotaggio Remoto possono essere applicati numerosi tipi di sensori al fine di allargare i campi applicativi di questi utilissimi strumenti: Sensori Ottici, Sensori Termici e Sensori Multispettrali, vediamo i rispettivi campi applicativi.

Ai sistemi di pilotaggio remoto SAPR (Sistemi Aerei a Pilotaggio Remoto) possono essere applicati numerosi tipi di sensori al fine di allargare i campi applicativi di questi utilissimi strumenti. Vediamo alcuni dei più importanti sensori e quali sono i rispettivi campi applicativi.

Partiamo col parlare dei sensori ottici. Il mondo della fotografia con camere RGB, è diventato accessibile economicamente e permette di ottenere ottimi risultati.

La lunghezza d’onda entro la quale operano le camere RGB, va da 380nm fino a 1000nm; comprendono il visibile (380nm – 720nm) e l’infrarosso vicino (da 720nm fino a 1000nm). La camera possiede un sensore CMOS capace di catturare la luce riflessa da un corpo e facendola passare attraverso l’obiettivo (per questo motivo, il sensore viene definito passivo). L’acronimo RGB, indica i colori Red, Green e Blu, ovvero i colori additivi primari, da non confondere con i sottrattivi, Magenta, Giallo e Ciano (CMY).

Le camere più consone alla fotogrammetria, grazie alla loro dimensione e peso, sono le “Mirrorless”, che non montano il pentaprisma (prisma ottico a cinque facce che permette di visualizzare l’immagine che attraversa la focale in un mirino), ed obiettivi intercambiabili.

Il sensore, di dimensioni variabili dal Full Frame (24mm X 36mm, con un’area di 864mm2, dimensione del negativo della macchine fotografiche piccolo formato), fino al 2/3” (8,6mm X 6,6mm, con un’area di 58,1mm2), sarà da prediligere di dimensioni maggiori, in quanto a parità di risoluzione, possiede pixel di più grandi dimensioni, in grado di catturare una maggior quantità di luce.

La focale da montare sul corpo macchina deve essere grandangolare, personalmente direi dagli 8mm ai 24mm. Altro fattore da considerare è l’apertura del diaframma, che permetterà il passaggio di luce fino a colpire il sensore. Alte aperture, permetteranno uno scatto di qualità anche in condizioni di luce più precarie.

Una successiva elaborazione in post editing, permette la realizzazione dimodelli tridimensionali (che potranno fornire le coordinate e le dimensioni geometriche degli oggetti).

I campi applicativi per la camera RGB, riguardano:

  1. Geologia: utilizzate per la ricostruzione di modelli tridimensionali della superficie, particolarmente apprezzati nello studio della stabilità dei versanti, nella geologia ambientale, soprattutto nel monitoraggio di discariche. Geomorfologia applicata, con la finalità di individuare forme sepolte quali ad esempio paleoalvei od altre strutture, visibili da fotogrammetria aerea. Nel rilievo geologico e nell’attività di cava estrattiva per il monitoraggio delle attività ed il calcolo dei volumi di escavo, grazie alla realizzazione di DEM (Digital Elevation Model);
  2. Archeologia risulta essere un validissimo aiuto per la perimetrizzazione di un’area ed il riconoscimento di forme visibili solo da fotogrammetria aerea;
  3. Ingegneria: il settore civile è fortemente avvantaggiato da questo tipo di mercato per quanto riguarda la modellazione di manufatti e strutture;
  4. Agricoltura: l’acquisizione da piattaforma aerea remota dà ottimi risultati anche in questo settore, in quanto è possibile determinare le aree più sensibili, oppure malate all’interno di una piantagione;
  5. Architettura: la ricostruzione di modelli tridimensionali di edifici, sia internamente che esternamente, cambia il concetto di acquisizione dell’immagine con la sua relativa interpretazione.

Il sensore ottico è un validissimo strumento, utilizzabile in moltissimi campi che può spesso essere integrato con altri sensori più specifici per un definito ambito.

Passiamo ai sensori termici. La termocamera, usata sui SAPR, vanta una notevole versatilità, che spazia entro numerosi settori professionali. Sono in grado di rilevare la radiazione infrarossa compresa generalmente tra 7 e 13 μm che permette la realizzazione di mappe termiche ai falsi colori. Generalmente, l’acquisizione non è di tipo fotogrammetrico, ma come filmato, dove vengono evidenziate aree a diversa temperatura.

Come per la camera RGB, anche la termocamera è uno strumento passivo, che cattura però, la radiazione assorbita da un corpo (corpi che assorbono più radiazioni saranno più caldi).

Le caratteristiche che devono possedere le termocamere per SAPR saranno di peso e dimensioni ridotte, un range di temperatura entro la quale è in grado di operare in linea con la tipologia di lavoro da eseguire, risoluzione dell’immagine in termini di pixel, soddisfacente per il tipo di acquisizione, possibilità di settare la camera in funzione dei parametri ambientali.

Le potenzialità riguardano i settori:

  1. Geologia: geologia ambientale, e più precisamente il monitoraggio dello stato di salute delle discariche (relativo la fuoriuscita di gas). Riconoscimento di paleo alvei e zone umide. Rilievi geotermici ed individuazione di spot di calore;
  2. Ingegneristico:Ricerca di perdite d’acqua, individuazione di punti di dispersione di calore negli edifici, verifica della presenza di umidità, analisi energetica degli edifici con individuazione di difetti d’isolamento o ponti termici, individuazione di perdite d’acqua in tubazioni interrate di teleriscaldamento,  monitoraggio del funzionamento di pannelli solari;
  3. Architettonico: Individuare distacchi d’intonaco, rilievo della struttura di manufatti edilizi sotto intonaco, rilevamento delle fratture del materiale, individuazione di infiltrazioni d’acqua nei tetti di edifici;
  4. Archeologico: Mappa termica della distribuzione superficiale della temperatura di un manufatto – muro,
  5. Agricoltura: dà informazioni riguardo lo stato di salute delle piante.

Il sensore multispettrale, invece, è in grado di catturare la radiazione elettromagnetica riflessa, ma anche emessa, di oggetti posti sulla superfice terrestre.

Misurando l’energia degli oggetti alle diverse lunghezze d’onda sarà possibile costruire la loro curva caratteristica, detta firma spettrale, e, quindi, identificarli univocamente. Solitamente, vengono realizzati sensori multispettrali con un numero di bande compreso tra 6 e 10, ognuna delle quali sarà sensibile ad un certo range di lunghezze d’onda.

Generalmente operano nel VNIR (Visibile e vicino infrarosso), ed utilizzando due camere RGB identiche, sarà possibile ottenere lo stesso risultato, infatti, applicandone un filtro che permette il passaggio della radiazione compresa tra 720nm e 1000nm, sarà possibile ottenere una camera NIR. La seconda camera RGB, sarà settata normalmente, ed eseguendo degli scatti in contemporanea che inquadrano la medesima area,sarà possibile ottenere un’immagine analoga a quella del sensore multispettrale.

Il multispettrale viene impiegato:

  1. Agricoltura di precisione: settore di maggior impiego per valutare con estremo dettaglio lo stato di salute delle piante, tramite l’indice NDVI;
  2. Geologia Forestale: per individuare le firme spettrali.

Esistono numerosi altri campi applicativi per i SAPR con sensori descritti, che permettono di ottenere risultati di altissimo dettaglio in tempi estremamente ristretti.

AUTORE:

Geol. Stefano Brugnaro