Il laser scanner 

Fino a pochi anni fa era impensabile durante un rilievo topografico ottenere decine di migliaia di punti con coordinate note in brevissimo tempo, oggi grazie ai laser scanner, è possibile acquisire milioni di punti dell'oggetto o dell'ambiente desiderato, permettendo a chi utilizza questa strumentazione di ridurre drasticamente i tempi di rilievo in sito rispetto a quelli di un tradizionale rilievo topografico.

All'interno di un Laser scanner vi è un emettitore laser che invia un raggio luminoso ad uno specchio prismatico a cui è affidata la scansione verticale dell’oggetto mentre la scansione orizzontale è effettuata dalla rotazione su se stesso dell’apparecchio. In questo modo il ricoprimento delle superfici è quasi totale alcuni apparecchi riescono a rilevare fino a 320° in verticale e 360° in orizzontale.

Gli ultimi laser scanner prodotti, integrano nello stesso corpo macchina, diversi sensori, in particolare antenne gps e fotocamere digitali, queste ultime si utilizzano per l’acquisizione fotografica a 360° degli ambienti rilevati permettendo in fase di elaborazione dei dati la colorazione delle nuvole di punti con i colori realistici presenti nelle aree acquisite, successivamente ogni scansione, dovrà essere elaborata e unita alle altre tramite appositi software di ricostruzione, realizzando la "nuvola di punti", ovvero il dato 3D dell'area o dell'oggetto misurato.

Lo scanner è in grado di misurare la distanza di migliaia di punti in pochi secondi utilizzando un impulso di luce che viene inviato direttamente sull’oggetto da un emettitore, l’impulso, colpisce la superficie dell’oggetto e ritorna indietro dove viene analizzato da un ricevitore. L’analisi del segnale di ritorno determina la posizione nello spazio del punto rilevato rispetto alla posizione dello scanner.

È proprio nella fase di analisi del segnale che avviene la differenziazione dei vari modelli di laser in commercio. Alcuni strumenti determinano la distanza calcolando il tempo che l’impulso laser inviato impiega ad andare e tornare all’apparecchio. Questo procedimento è chiamato TOF (Time Of Flight) cioè a tempo di volo, altri invece calcolano la distanza per comparazione della fase d’onda del segnale luminoso emesso e quello successivamente ricevuto e sono chiamati a differenza di fase, Infine vi sono quelli che utilizzano la triangolazione del segnale. Tutte e tre le tipologie di laser scanner permettono di ottenere le coordinate spaziali di ogni singolo punto rilevato ottenendo così una nuvola di punti "point cloud" che descrive la superficie in 3D dell’oggetto scansionato.

Le prime due tipologie appartengono alla famiglia dei "ranging scanners" cioè i laser a misura diretta della distanza dove la posizione dell’emettitore e del ricevitore coincidono. Gli ultimi appartengono alla famiglia dei "triangulation scanner" utilizzati principalmente nell’industria. Qui l’emettitore e il ricevitore non coincidono ma sono posizionati ad una distanza nota chiamata “base line”. Quest’ultima è utilizzata dall’apparecchio per effettuare i calcoli di triangolazione. I ranging scanner sono utilizzati nel campo dei rilievi topografici terrestri mentre i triangulation scanner sono impiegati per lo più nell'industria meccanica.

La differenza principale tra un apparecchio che utilizza algoritmi per la determinazione della distanza a differenza di fase rispetto ai TOF è quella di ottenere misurazioni della distanza più accurate mentre lo svantaggio è una ridotta portata dello strumento rispetto ai modelli a tempo di volo anche se ormai in commercio stanno uscendo apparecchiature ibride in grado di sfruttare entrambi i sistemi di misurazione

La mole di dati registrati e immagazzinati durante la campagna di rilievo con il laser scanner, necessitano hardware di discreta potenza e costosi software per la ricostruzione degli ambienti o degli oggetti rilevati. Maggiore è il grado di dettaglio voluto, ovvero più è alto il numero di punti acquisito in ogni scansione, più i tempi di elaborazione si allungano rispetto ai tempi richiesti dai rilievi tradizionali ma, al termine della fase di elaborazione del dato, si ottiene la generazione di un modello 3D composto da milioni di punti con coordinate note, del tutto identico alla realtà,

Questo modello, ovvero la nuvola di punti, è un concentrato di informazioni che non è paragonabile a nessun rilievo tradizionale, questa immensa quantità di dati acquisita con il laser scanner, consente di eliminare completamente la soggettività di un rilievo e le eventuali interpretazioni in fase di restituzione grafica, riducendo drasticamente gli errori e ottenendo livelli di dettaglio e precisione fino a pochi anni fa impensabile.

La nuvola di punti generata è la base di partenza per la creazione di elaborati 3D o 2D. con essa si è in grado di ottenere piani e sezioni dell’oggetto acquisito in ogni direzione, eliminare porzioni che interferiscono, creare viste assonometriche e prospettiche anche di luoghi difficili da raggiungere.

La nuvola di punti 3D,  può essere interrogata in ogni istante direttamente sul proprio computer, la possibilità di navigare e visualizzare il rilievo in prima persona, permette di ridurre a zero le trasferte sul sito di interesse, le operazioni di misurazione, ispezione e catalogazione degli elementi, possono essere effettuate in qualunque momento, il modello generato può quindi essere utilizzato per tutte le operazioni di “data mining” ovvero di estrazione automatica o semiautomatica di informazioni da enormi quantità di dati.

Oggi, grazie all’uso del laser scanner è possibile rilevare grandi porzioni di ambienti interni o esterni, in breve tempo, andando a stravolgere completamente l’idea di rilevo. Ciò che in passato si riteneva impossibile, ovvero acquisire centinaia di migliaia di punti in pochi minuti annullando del tutto gli eventuali errori commessi dall'operatore, oggi è ormai realizzabile grazie all'uso del laser scanner, ottenendo come prodotto finale le “nuvole di punti” 3D (Cloud point) composte da milioni di punti di coordinate note, utilizzabili per tutte le analisi e interrogazioni necessarie, permettendo di migliorare e velocizzare tutto il processo progettuale, riducendo alla fonte alcuni rischi dovuti alla mancanza di informazioni o dati non corretti.

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