#27 - La mappa concettuale

 

Una sintetica mappa concettuale per illustrare il ruolo dello 
stereomicrometro nell'ambito della cartografia

Oggi per analizzare il ruolo dello stereomicrometro in un contesto pratico, sfrutteremo una mappa concettuale per comprendere gli aspetti chiave legati al suo utilizzo nella redazione di una carta geografica.

Innanzi tutto ragioniamo sullo scopo di una carta geografica: la sua principale funzione è quella di guida all'esplorazione, sia essa di un ambiente naturale sconosciuto o di una grande città, una mappa è necessaria per perdersi e ritrovarsi nell'ambiente e in questo modo riuscire a cogliere tutte le sfaccettature e i dettagli del panorama circostante. Per agevolare tale funzione è necessario inserire nella propria carta un numero sufficiente di dettagli, nel caso dello stereomicrometro, la fonte della precisione o degli errori legati alla redazione della mappa è strettamente legata alla fotografia (alla coppia di fotogrammi per essere precisi) che verrà utilizzata per l'analisi fotogrammetrica.

Naturalmente una grande precisione limiterà la presenza di errori nel documento finale aumentandone l'affidabilità, cioè la sicurezza che una carta geografica dà al suo portatore, inoltre l'aggiunta di informazioni utili alla lettura della carta (una legenda, ma anche note e appunti personali) può aiutarne la lettura, riducendo la componente di errore umana legata all'utilizzo, oltre ad aggiungere un tocco di personalizzazione che rende un oggetto (probabilmente prodotto in massa) unico nella sua relazione con chi lo possiede.

#26 - La chimica

 Nell'ambito dell'analisi fotogrammetrica, la chimica ha avuto un ruolo fondamentale per un periodo molto esteso della storia, in particolare fino allo sviluppo e alla diffusione della fotografia digitale: infatti lo sviluppo di un rullino aveva un compito essenziale per tutto il lavoro eseguito in laboratorio, trasferire la fotografia su un supporto più resistente per la fase di restituzione.

Lo sviluppo di un rullino dipende dal tipo di macchina fotografica utilizzato per scattare le fotografie, in particolare per le macchine Polaroid lo sviluppo è eseguito subito dopo lo scatto in modo autonomo dalla fotocamera stessa ma il procedimento è simile allo sviluppo di una pellicola "classica".

Il primo step consiste nell'estrazione della pellicola dalla macchina fotografica, operazione che deve essere eseguita al buio per evitare che le immagini latenti presenti sul rullino vengano danneggiate. Dopodiché la pellicola viene trattata con un bagno di sviluppo (detto rivelatore) per rendere visibile l'immagine e una volta ottenuto il risultato desiderato si immerge la pellicola in un bagno di arresto per bloccare l'effetto del rivelatore.

Il passo successivo è il bagno di fissaggio che serve a rendere l'immagine resistente alla luce, la pellicola viene ripulita e appesa ad asciugare, pronta per essere stampata.

È evidente che la fotografia digitale abbia semplificato molto il processo di sviluppo fotografico in quanto la stampa di un'immagine digitale può essere eseguita con qualsiasi stampante su qualsiasi supporto. Inoltre nel file digitale è possibile modificare esposizione e contrasto della fotografia tramite software informatico, operazione che ai tempi dello sviluppo di rullini era eseguita tramite specifiche procedure in camera oscura.

#25 - Le cose personali

 Oggi un piccolo viaggio nel tempo alla ricerca degli oggetti che in qualche modo rappresentano il passato, presente e futuro del sottoscritto. Il compito non è stato semplice in quanto molti oggetti del passato sono andati perduti e altri che si ricollegano al futuro sono stati riadattati a causa della pandemia globale e dei suoi effetti sulla vita di tutti i giorni e sui piani per il futuro.

In apertura uno strumento che ho usato molto negli anni del liceo: una chitarra elettrica Ibanez serie GIO mancina, un pezzo unico per via delle modifiche che sono state apportate negli anni alla ricerca del suono perfetto. Sulle spalle di questo oggetto ci sono anni di pratica, sperimentazione ed esperienze durante le quali mi ha fedelmente accompagnato senza mai deludere. Inoltre, poco visibile a un primo sguardo, questo strumento è stato oggetto di manutenzione costante per mezzo di accorgimenti liuteristici frutto dell'esperienza di mio padre che mi ha trasmesso.

Uno degli oggetti che mi sono trovato a usare molto più spesso nell'ultimo periodo, complice l'isolamento causa pandemia, è un piccolo quadernetto su cui disegno e annoto qualunque tipo di pensiero nel corso delle giornate. Di recente però la funzione di disegno è stata trasferita sul mio PC per mezzo della tavoletta grafica, un dispositivo che ho acquistato di recente per svagarmi dopo le lezioni.

Ultimo ma non per importanza è un casco con una tuta da pista, un piccolo progetto che speravo di realizzare nel periodo primaverile ed estivo del 2020 che però è stato messo in pausa dalla pandemia ma rimane in attesa nella speranza che la ricerca scientifica riesca finalmente a trovare un modo efficace per porre fine alla pandemia, fino ad allora si aspetterà pazientemente il ritorno in pista.

#24 - Le parole nella Storia

L'analisi dei documenti è da sempre un aspetto fondamentale per lo studio di un periodo storico e ancora una volta il prezioso strumento di internet ci offre un incredibile mezzo per l'analisi simultanea di tutti i documenti immagazzinati nel database di Google alla ricerca di parole chiave che permettano la ricostruzione di qualunque percorso storico.

 

Il primo grafico ci mostra come il termine "stereomicrometer", subito dopo la sua nascita ufficiale nei primi anni del Novecento, sia stato lentamente rimpiazzato con il più colloquiale "parallax bar" che aiuta a descrivere in modo più diretto la funzione dello stereomicrometro. Dopo il picco avvenuto negli anni '60 tuttavia il termine (e lo strumento con lui) vede una riduzione drastica nel numero di utilizzi, complice la nascita dei sistemi lidar e sonar che hanno rimpiazzato la fotogrammetria nell'analisi a distanza.

Per quanto riguarda invece i tre principali produttori di strumenti ottici di precisione che includevano lo stereomicrometro nei propri dispositivi, in particolare la zeiss e la Wild vedono il loro miglior risultato negli anni '60 per poi veder ridimensionata la loro posizione nel mercato internazionale. Al contrario le Officine Galileo vedono nel secondo dopoguerra un'esplosione di menzioni nei documenti legata al fatto che la loro produzione spaziava ben oltre il campo dei dispositivi ottici e per questo hanno mantenuto una certa rilevanza anche dopo il declino dello stereomicrometro.

L'ultimo grafico che verrà analizzato in questa sede rappresenta quanto presentato nei due precedenti: il punto di svolta osservato negli anni '60 che ha portato all'allontanamento dalla fotogrammetria è lo sviluppo della tecnologia sonar prima e lidar dopo che ha permesso non solo una tecnica di rilievo più rapida ma anche più precisa rispetto all'analisi fotogrammetrica. In particolare la tecnologia lidar ha visto un declino a sua volta agli inizi del 2000 anche se negli ultimi anni è stata soggetta ad una ripresa, probabilmente legata al rinnovato interesse per l'esplorazione spaziale.

#23 - La normativa

La fotogrammetria, in particolare quella aerea a fini topografici, è soggetta a normative internazionali che permettono a tutti i tecnici, analisti e appassionati di avere un riferimento comune su come effettuare dei rilievi fotogrammetrici e su come interpretarli in modo unificato e comprensibile per tutti.

Gli enti che si occupano di applicare le normative in vigore possono essere internazionali o nazionali/locali, questa distinzione è legata al fatto che non tutti i paesi usano le stesse unità di misura, né hanno le stesse leggi circa il sorvolo del territorio nazionale, tuttavia quasi tutte accettano la regolamentazione ISO/TC 211 per le analisi geografiche: un insieme di regole che definiscono come le cartine moderne vengano redatte e pubblicate secondo le nuove tecnologie di rilievo.

Riducendo di poco il campo al fine di fare un esempio, la NSPS nel 2002 ha approvato un modello che descrive con precisione come redigere una mappa, nel dettaglio:

Questi parametri sono essenziali per fissare un limite minimo di precisione (nonché uno standard di qualità) per qualsiasi carta topografica approvata dalla società, imponendo ai cartografi uno standard da rispettare in qualsiasi contratto.

Naturalmente questo semplifica il ruolo dell'analisi topografica a un livello tale che il pubblico non specializzato possa comprendere i valori riportati sulla cartina, tuttavia la ISPRS fornisce sul suo sito anche valori numerici per addetti del settore per impostare anche loro uno standard interno per tutti i cartografi.

Infine, parlando di fotogrammetria aerea non si può non citare una tecnologia che sta diffondendosi in tutto il mondo: i droni, piccoli apparecchi a pilotaggio remoto che possono essere molto utili ma anche molto pericolosi nelle mani sbagliate. 

Per questo motivo l'ANAC ha diffuso una normativa per classificarli e definirne i limiti di volo a livello nazionale di cui si può trovare un piccolo riassunto qui.

#22 - Il manuale d'uso

Uno stereomicrometro è uno strumento di precisione che serve a misurare la differenza di parallasse tra elementi di una coppia di fotogrammi, ma come si usa un oggetto del genere in un laboratorio?

In realtà il funzionamento di uno stereomicrometro è molto semplice, ma la preparazione di tutte le parti coinvolte nel processo di misura influisce direttamente sulla qualità del risultato della fase di restituzione: dopo aver posizionato le foto su un piano perpendicolare all'asse ottico dello stereoscopio in modo da formare una singola immagine all'occhio dell'osservatore, si posiziona una delle due marche di riferimento su un punto fisso nell'immagine.

Esempio di posizionamento di uno stereomicrometro

Una volta fissato il punto che verrà considerato lo zero della misurazione, si fa in modo di posizionare la seconda marca di riferimento lungo la barra dello stereomicrometro in modo da "fondere" le due marche e ottenere la marca mobile: a questo punto si conosce il valore della profondità del punto applicando il valore della distanza tra le due marche, leggibile sullo stereomicrometro stesso, al modello geometrico usato nelle prime fasi dell'analisi fotogrammetrica e si può procedere a segnare tutti i punti nella fotografia analizzata che hanno la stessa profondità semplicemente spostando la coppia di fotogrammi e mantenendo la distanza delle marche di riferimento costante.

#21 - Il fumetto

 La produzione fumettistica internazionale è un ottimo trampolino di lancio per grandi storie, ma viene anche sfruttata, spesso involontariamente, a scopi didattici: tra le pagine di un fumetto infatti si possono trovare fatti storici, competenze scientifiche e tecniche semplificate per far capire al lettore il funzionamento di uno strumento ma anche per stuzzicarne la curiosità nel caso volesse approfondire.

È il caso di Batman, supereroe della DC Comics che fa largo uso della tecnologia a sua disposizione per condurre indagini parallele a quelle della polizia per aiutare a catturare i criminali più incalliti e pericolosi presenti a Gotham.

In particolare a pagina 13 del secondo volume della serie Gates of Gotham (2016), nel mezzo di un'indagine per fermare un giro di contrabbando di esplosivi nella città di Gotham, si vede Tim Drake nei panni del Red Robin eseguire un'analisi fotogrammetrica sulla tuta dell'Architetto a partire da fotogrammi di un video di sorveglianza che lo ritrae.

"Sto provando a generare un modello 3D
 sulla base di diverse angolazioni, più facile a dirsi che a farsi"

Naturalmente lo stereomicrometro non è direttamente rappresentato nel pannello riportato ma viene riportata la forma più recente di analisi fotogrammetrica: l'analisi computerizzata di immagini è una realtà presente nei satelliti moderni e in molti sistemi adibiti alla creazione di modelli 3D di oggetti e persone, spesso al fine di riutilizzare questi dati nei film, per la realizzazione di scene pericolose o non riproducibili nella realtà (come può essere una scena di un film fantasy o fantascientifico).

Questo pannello dunque ci fornisce uno spaccato su come si realizza un'analisi fotogrammetrica oggi, con un po' di semplificazioni, rispetto agli anni '50 e '60 in cui la presenza dello stereomicrometro era fondamentale.

#20 - Il marchio

 Il marchio di fabbrica è considerato a livello commerciale e sociale una garanzia di qualità (o altre caratteristiche associate a un prodotto) utile anche in ambito pubblicitario.

Uno stereomicrometro marchiato Casella London

Naturalmente anche gli strumenti scientifici sono soggetti a questa regola e lo stereomicrometro non è da meno come si può vedere dall'immagine in calce al post, in quanto un marchio permette di associare semplicemente il contenuto di un'inserzione pubblicitaria alle proprietà dello strumento.

Inoltre, un'altra forma di marchio che rinforza la posizione commerciale di un'azienda di strumenti scientifici è legata alla scienza in cui vengono impiegati, nello specifico vicina a tutte quelle società create per riunire i massimi esperti del settore sotto un'unica bandiera e in questo modo perfezionare non solo gli strumenti, ma anche le competenze legate ad essi per promuovere il coinvolgimento di sempre più persone nella comunità scientifica. 

La fotogrammetria in particolare è molto legata all'architettura e alla topografia e non a caso tutte quelle organizzazioni internazionali promuovono lo studio e l'analisi di luoghi di interesse del patrimonio artistico, naturalistico e culturale di tutto il mondo e si impegnano nella preservazione di tutti quei siti a rischio di distruzione o alterazione.

#19 - L'abbecedario

A - Architettura, disciplina che sfrutta in gran misura il contributo dello stereomicrometro.

B - Bari, citata più volte, nello specifico il laboratorio di fotogrammetria del Politecnico di questa città.

C - Canaletto, al secolo Bernardo Bellotto, grazie ai suoi dipinti della città vecchia di Varsavia ne permise la ricostruzione tramite analisi fotogrammetrica.

D - Dislivello, in topografia è il valore misurato a partire da una coppia di fotogrammi aerei dallo stereomicrometro.

E - Ermenegildo Santoni, grande esperto di aerofotogrammetria in Italia, fece largo uso dello stereomicrometro nella realizzazione di macchine per l'indagine topografica basata sulla fotogrammetria.

F - Fotogramma, fotografia sulla quale si basa l'analisi fotogrammetrica, ne servono almeno due per il corretto funzionamento dello stereomicrometro.

G - Geometria, branca della matematica su cui si basa il principio di funzionamento dello stereomicrometro.

H - Heinrich Wild, grande concorrente del già citato Santoni, questo inventore tedesco fu l'artefice della creazione di un gran numero di apparecchi per l'analisi fotogrammetrica.

I - Isprs, International Society of Photogrammetry and Remote Sensing.

L - Léon Suzin, architetto che aiutò nella ricostruzione di Varsavia dopo la Seconda Guerra Mondiale tramite disegni, progetti e tecniche di analisi fotogrammetrica.

M - Marca Mobile

N - Napoleone III, Imperatore dei francesi e comandante dell'esercito francese nella battaglia di Solferino, uno dei primi esempi di analisi fotogrammetrica applicata in ambito militare (antecedente all'invenzione dello stereomicrometro ma un fondamentale passo avanti per la definizione della disciplina della fotogrammetria).

O - Officine Galileo, con l'aiuto di Santoni realizzarono e distribuirono a diversi laboratori i dispositivi di analisi fotogrammetrica più recenti in tutta Italia.

P - Pilota, addetto alla manovra di un aereo, nella Prima Guerra Mondiale nascono come esploratori in grado di osservare dall'alto le linee nemiche.

Q - Quota, distanza dal terreno dalla quale si scattano i fotogrammi usati in fase di restituzione.

R - Restituzione, ultima fase del processo di analisi fotogrammetrica in cui entra in gioco lo stereomicrometro per fornire i dati sulle differenze di parallasse dei vari elementi in analisi.

S - Stereomicrometro

T - Topografia, altra tecnica che beneficia della fotogrammetria aerea e del contributo dello stereomicrometro

U - Umberto Nistri, detentore di uno dei primi brevetti della storia basati sullo stereomicrometro

V - Varsavia, capitale della Polonia, fu gravemente danneggiata durante la prima invasione tedesca nel 1939 e quasi distrutta dopo la Rivolta di Varsavia nel '44. Il suo centro storico è stato ricostruito in gran parte basandosi sull'analisi fotogrammetrica di fotografie e dipinti oltre che su tutti i progetti sopravvissuti alla guerra.

Z - Zeiss, azienda che con il contributo di Carl Pulfrich produce il primo stereomicrometro e dà inizio alla storia che stiamo analizzando

#18 - Il Francobollo

 I francobolli sono una forma molto interessante di documento storico: alcuni li collezionano, altri ne studiano il disegno e altri ancora non ne hanno mai usato uno, ciò non toglie che prima dell'avvento della comunicazione in tempo reale su sistemi informatici collegati in rete, questi piccoli oggetti portavano con loro un grande significato, non solo per motivi postali ma anche di carattere storico.

Un francobollo sullo stereomicrometro tuttavia è molto difficile da reperire in quanto non è uno strumento di utilizzo comune, ma senza dimenticare la storia dell'azienda Zeiss è possibile ritrovare alcuni esemplari molto interessanti per quanto riguarda la presenza dello stereomicrometro negli anni delle due Germanie.

Francobollo del 1956 della DDR

Il primo esemplare è un pezzo del 1956 diffuso nella Repubblica Popolare Tedesca che rappresenta le industrie Zeiss di Jena, città sotto il controllo sovietico, in tutta la loro estensione, riportando anche il logo della compagnia sul lato sinistro. Questo francobollo ci mostra come le aziende più prospere ed all'avanguardia della Germania post bellica furono rimesse in sesto da entrambe le parti della cortina di ferro per non concedere al nemico nessun vantaggio e al tempo stesso cercare di ottenerne il più possibile nel peculiare contesto della Guerra Fredda.

Il secondo esemplare invece, rilasciato per commemorare il centenario della nascita della Fondazione Carl Zeiss, vede due strumenti ai due lati che rappresentano i traguardi dello sviluppo tecnologico dell'azienda. In particolare sulla destra si vede uno stereocomparatore, l'ultimo gradino dell'evoluzione degli strumenti nel campo della fotogrammetria, nonché diretto discendente del ruolo dello stereomicrometro nell'analisi fotogrammetrica.

#17 - Il brevetto

Fin dal 1901, anno della sua invenzione, lo stereomicrometro è stato uno strumento utile per l'analisi architettonica, topografica e geologica, tuttavia uno strumento del genere ha bisogno di integrazione da parte di altri strumenti ottici (uno tra tutti lo stereoscopio) e per questo soggetto di ricerca e innovazione nel corso degli anni.

Illustrazione in calce al brevetto di Umberto Nistri

Partiamo dal 1920 con un brevetto italiano concesso a Umberto Nistri che prevede l'utilizzo dei nuovi strumenti sviluppati da Zeiss in un progetto che vede la nascita dell'idea dietro lo stereocomparatore, assegnato nel novembre 1921 e sancendo il via alla "corsa alla fotogrammetria" che vede la sfida tra Santoni in Italia e Heinrich Wild in Germania, che diventeranno i due protagonisti nel settore dei dispositivi cartografici.

Schema dello stereocomparatore illustrato
nel progetto della Zeiss

Avanti veloce fino al 1937 quando Zeiss sfrutta la propria esperienza in fatto di strumenti ottici, il suo progetto per lo stereomicrometro e la scadenza del brevetto di Nistri nel 1938 per assicurarsi l'esclusiva sul primo stereocomparatore analogico nonché il primato su tutti i concorrenti nel campo della fotogrammetria.

Illustrazione del sistema di integrazione
del computer con uno stereocomparatore

L'ultimo progetto di cui parleremo in questa sede è un dispositivo che sancisce il declino dello stereomicrometro in quanto vede integrare un computer ad uno stereocomparatore, non solo per migliorare la precisione del sistema di misura, ma anche per permettere all'utilizzatore di tenere in considerazione variabili più complesse e compensarle con modelli matematici caricati nella memoria elettronica, riducendo ulteriormente l'errore legato al supporto fotografico.

Per una lettura più approfondita:

Un resoconto dello sviluppo e produzione degli strumenti ottici legati alla cartografia alla Zeiss: https://www.isprs.org/society/history/Hobbie-The-development-of-photogrammetric-instruments-and-methods-at-Carl-Zeiss-in-Oberkochen.pdf

Una ricerca più sintetica della storia dei dispositivi di fotogrammetria in un contesto internazionale: https://www.researchgate.net/profile/Gordon_Petrie/publication/325425242_Classical_Photogrammetric_Equipment/links/5b0d5883a6fdcc8c25387ce3/Classical-Photogrammetric-Equipment.pdf?origin=publication_detail

#16 - L'anatomia

 Nel corso del Novecento, molti strumenti di cartografia sono stati aggiornati e migliorati (specialmente nel dopoguerra) per una migliore integrazione con le tecnologie moderne, tuttavia lo stereomicrometro ha mantenuto tutti gli elementi fondamentali praticamente invariati.

Stereomicrometro, dettaglio della barretta che unisce le due marche (1)

Il principio di funzionamento infatti non richiede componenti particolari al di fuori dei due riferimenti ottici, che andranno a costituire la marca mobile in fase di misura, connessi da una barra graduata utilizzata per la misurazione della distanza, perciò tutte le appendici aggiunte allo strumento hanno il semplice e preciso scopo di migliorarne l'efficacia.

La manopola dentata sulla destra ha precisamente questa funzione: ruotandola si può modificare leggermente la distanza tra i due riferimenti e, seguendo la scala numerata associata si può tenere conto della variazione sopra citata permettendo un controllo maggiore sulle modifiche apportate, oltre che una maggiore precisione nella lettura della misurazione. Il dispositivo di blocco (opzionale) inoltre permette di mantenere fissa la lunghezza desiderata per verificare la presenza di più punti sulla stessa coordinata della profondità nella medesima coppia di fotogrammi, funzione particolarmente utile per il tracciamento di curve di livello in topografia, oltre che evitare possibili movimenti involontari dei riferimenti.

Dettaglio della manopola e delle relative scale
di misura associate al riferimento destro

#15 - I numeri

 2 - Numero minimo di fotografie necessarie per consentire allo stereomicrometro di fornire una misura di profondità tra elementi delle stesse.

1901 - anno di nascita dello strumento, su progetto di Carl Pulfrich presso la Carl Zeiss a Jena.

321 - identificativo dello stereomicrometro Santoni presso il museo strumenti dell'Istituto Geografico Militare.

1200x1400x800 - dimensioni dello stereometro Santoni custodito presso il museo strumenti dell'IGM.

6,9 - grado della scala Richter del terremoto dell'Irpina del 23 novembre 1980, in cui l'unità fotogrammetrica dei vigili urbani di Bari ha eseguito rilevamenti per verificare lo stato d'integrità degli edifici colpiti dal sisma.

1980 - anno dell'inclusione del centro storico di Varsavia nell'elenco dei beni protetti dall'UNESCO come patrimonio dell'umanità. Il centro storico di Varsavia venne distrutto dai tedeschi durante la seconda guerra mondiale e ricostruito sulla base di fotografie e dipinti appartenenti alla corrente artistica del Vedutismo (in particolare opere di Canaletto) che hanno permesso l'analisi fotogrammetrica necessaria per la riproduzione degli edifici storici.

#14 - La tassonomia

 

Per definire correttamente lo stereomicrometro in una classificazione tassonomica, è necessario tenere in considerazione due rami che confluiranno nel ruolo dello strumento in esame, entrambi essenziali per la nostra analisi.

In primo luogo partiamo dal ramo più ovvio: gli strumenti scientifici, nello specifico gli strumenti di misura della lunghezza di cui fa parte lo stereomicrometro, una classe molto ampia di oggetti e utensili impiegati nella raccolta di dati e relativo studio, in questo caso si prende in esame gli strumenti utili alla misura della lunghezza che verranno utilizzati in fotogrammetria.

Il secondo ramo, ugualmente essenziale, è quello della branca della scienza da qui prende origine la fotogrammetria: l'ottica geometrica, una parte della più ampia ottica che descrive i modelli matematici della proiezione di immagini attraverso apparecchi ottici. Naturalmente la fotogrammetria è una tecnica che fa affidamento sulla scienza su cui poggia le proprie basi.

È evidente notare come i due rami che confluiscono nel ruolo dello stereomicrometro siano ugualmente importanti per definire lo strumento in quanto le parti prese singolarmente non bastano per descrivere il ruolo che questo dispositivo ha nell'analisi fotogrammetrica

#13 - La pubblicità

 Come ogni oggetto disponibile in ogni forma di mercato, è necessario che il pubblico non solo sia a conoscenza della sua esistenza, ma anche che ne siano note le caratteristiche in modo da poter valutarne l'acquisto. Gli strumenti di misura non fanno eccezione, tuttavia essendo utilizzati da laboratori specializzati e da una cerchia ristretta di scienziati, le pubblicità devono contenere informazioni tecniche precise oltre che di carattere generale.

In questa foto si può apprezzare una pubblicità di strumenti utili all'analisi fotogrammetrica (tra i quali è presente anche lo stereomicrometro nell'immagine in alto), in particolare questi strumenti sono costruiti per una struttura che permette lo spostamento orizzontale del sistema stereoscopio e stereomicrometro per analizzare più foto in sequenza mantenendo la configurazione iniziale senza bisogno di correzioni.

Inoltre nell'immagine riportata in calce al post è scritto nella parte bassa dello spazio pubblicitario una breve nota che rimanda al catalogo della Casella London, oltre all'indirizzo e al numero telefonico dell'azienda, ma un aspetto particolarmente interessante è il fatto che venga riportato che la ditta sia un membro della Scientific Instruments Manufacturers' Association of Great Britain, a sottolineare l'importanza di un ente nazionale che certifichi la qualità degli strumenti.

#12 - Il cinema

 La fotogrammetria è una tecnica molto utilizzata nel cinema moderno: essa infatti permette ai tecnici degli effetti visivi di salvare su un supporto digitale una rappresentazione tridimensionale di un attore per sostituirlo fedelmente in scene rischiose o non realizzabili nella realtà (si pensi a scene nello spazio o in scenari difficilmente raggiungibili per motivi di budget o sicurezza).

Locandina del film Passengers (2016)

Un esempio di questa applicazione è presentato dall'attore Chris Pratt in un dietro le quinte del film Passengers (2016) in cui mostra come, con il supporto della tecnologia di ultima generazione, viene generato un modello basato sulle sue fattezze da impiegare in alcune scene del film. L'integrazione ovviamente non è perfetta ma si può mascherare in modo egregio, tanto che la maggior parte dei non addetti ai lavori non si rende nemmeno conto dello scambio di ruoli!

Locandina del film Jurassic Park III (2001)

Nella vita di tutti i giorni invece si può impiegare un modello tridimensionale di un oggetto per la stampa 3D, ovvero la riproduzione fisica di una creazione digitale, questa pratica è particolarmente utile per piccoli inventori o per la produzione di prototipi in quanto la richiesta di materiale è senza dubbio più modesta e consente la realizzazione dell'oggetto in tempi relativamente brevi. Il cinema torna nuovamente in nostro aiuto in quanto sono numerosi gli esempi di produzione di oggetti seguendo la procedura appena descritta, uno tra tutti è un film che accompagna l'immaginario comune da molti anni: Jurassic Park, per la precisione parliamo del terzo capitolo dove in una delle scene iniziali viene realizzata una copia della "camera di risonanza" di un raptor, con cui i non più estinti rettili preistorici comunicavano tra loro.

Naturalmente per via dell'evoluzione tecnologica lo stereomicrometro non è direttamente coinvolto ma è possibile riconoscere l'eco del suo ruolo nel lavoro di analisi svolto dai computer che eseguono autonomamente un'analisi fotogrammetrica basandosi sui dati raccolti da sensori e fotocamere con un intervento umano minimo, ma necessario per verificare il corretto funzionamento di tutto il procedimento

#11 - I costruttori

Nel settore degli strumenti di misura, è importante avere una produzione massiccia ma allo stesso tempo rispettare i rigidi requisiti di qualità per poter rimanere competitivi su mercato.

Quando nel 1901 Carl Pulfrich presenta il suo progetto per lo stereomicrometro, lavora come capo della divisione strumenti di misura delle industrie Zeiss, punto di riferimento a livello europeo per la produzione di apparecchi ottici e la nascente fotogrammetria ha bisogno degli attrezzi giusti per dimostrare la propria efficacia al grande pubblico.

Le industrie Zeiss sono un'azienda nata a metà Ottocento con l'obiettivo di inserirsi nella crescente industria dell'ottica di precisione la quale, grazie anche alle numerose innovazioni tecnologiche e fisiche di quegli anni si trova in un periodo molto prospero. All'inizio del Novecento con la sapiente guida di Carl Pulfrich entra nel mondo della fotogrammetria e non solo con nuovi strumenti di misura e di supporto per la fotografia, un altro campo ampiamente diffusosi negli ultimi anni dell'Ottocento. Nel dopoguerra una sorte curiosa colpisce le Zeiss in quanto Jena si trova nel territorio sovietico della Germania Est dopo la ripartizione del territorio tedesco tra Alleati e Russia: poco prima dell'entrata in vigore della divisione delle due Germanie, le industrie Zeiss trasferiscono (con l'aiuto degli Americani) in Germania Ovest materiale, tecnici e famiglie, di fatto sdoppiando le industrie che verranno riunificate solo dopo la caduta del muro di Berlino.

In Italia è doveroso indicare il prezioso contributo di Ermenegildo Santoni che, in collaborazione con l'Istituto Geografico Nazionale prima e le Officine Galileo poi, presenta numerosi progetti e supervisiona la produzione di molti strumenti, tra cui lo stereomicrometro Galileo-Santoni del 1968, nell'ambito della cartografia, topografia e fotogrammetria.

#10 - I libri

 Una breve bibliografia essenziale per presentare il ruolo dello stereomicrometro nella comunità scientifica:

Iniziamo da una coppia di documenti italiani, legati non solo al mondo accademico ma anche alla quotidianità in modi che potrebbero sembrare inaspettati

- da La Gazzetta del Mezzogiorno, 12.5.78: articolo di un quotidiano locale che presenta la mostra organizzata dal politecnico di Bari a tema fotogrammetria architettonica, con lo scopo di presentare al pubblico il lavoro svolto durante i rilievi http://rilievo.stereofot.it/stampa/78_5_12.html

- estratto da il vigile urbano, rivista mensile di polizia municipale, settembre 1980, amministrativa e sanitaria: un interessante spaccato del lavoro dei gruppi di fotogrammetria speditiva dei vigili urbani nell'ambito di indagini su incidenti e abusivismo edilizio http://rilievo.stereofot.it/biblioteca/libreria/rimini.html

Continuiamo ora con i documenti dall'estero, più vicini all'ambito puramente scientifico ma che coprono molte branche della scienza

- C. Zenger, The Stereo-micrometer, Monthly notices of the Royal Astronomic Society, vol. 36, p. 252: un breve saggio sull'impiego dello stereomicrometro negli studi astronomici al fine di determinare la differenza di parallasse in indagini topografiche http://adsabs.harvard.edu/full/1876MNRAS..36..252Z

- NASA, Office of Scientific and Technical Information, Scientific and Tecnical Aerospace Reports, vol. 6, 23.03.68: 

questo particolare documento è un indice di articoli e pubblicazioni scientifiche utilizzato negli anni '60 per catalogare e raccogliere in un unico volume tutti (o quasi) gli articoli legati al mondo dell'aeronautica. I documenti riportati potevano essere richiesti dai dipendenti della Nasa o degli uffici governativi oltre che dal pubblico dietro previa richiesta. https://books.google.it/books?id=WkfwbUua-WcC&hl=it&source=gbs_navlinks_s

#9 - L'inventore

 L'invenzione dello stereomicrometro, insieme ad altri strumenti di restituzione nel campo della fotogrammetria, risale ai primi del Novecento, precisamente al 1901, anno in cui Carl Pulfrich presenta il progetto alla Zeiss per la produzione.

Carl Pulfrich

Il destino può essere ironico in alcune circostanze, nel caso di Pulfrich infatti abbiamo un uomo cieco dall'occhio sinistro che dedica la propria vita alla ricerca della visione stereoscopica e delle sue proprietà e, nonostante la sua cecità, si occupa di rifrattometria, stereometria e fotometria per un totale di oltre 100 innovazioni nel campo dell'ottica.

Nel 1890 viene assunto alla Zeiss dove continuerà a lavorare fino all'anno della sua morte, il 1927, come capo della divisione strumenti di misura dell'azienda dove supervisionerà la produzione di buona parte degli strumenti utilizzati in fotogrammetria, cartografia e topografia.

In suo onore è stato istituito il premio Pulfrich assegnato per meriti speciali nel campo della fotogammetria a cadenza biennale.

Vincitori del premio Pulfrich 2019

Fonti:

https://www.isprs.org/news/newsletter/04-May-2011/51_Application_Criterion_of_Carl_Pulfrich_Award_2011.pdf

https://it.wikipedia.org/wiki/Carl_Pulfrich

#8 - Il materiale

 Dopo la seconda metà del XIX secolo, periodo che ha visto la seconda rivoluzione industriale e la nascita e sviluppo di nuove discipline scientifiche sulla base delle nuove teorie nel campo della fisica, si ha un fiorente sviluppo delle industrie adibite alla produzione e distribuzione di strumenti di misura.

Un esempio di questo percorso è l'azienda tedesca fondata nel 1846 da Carl Zeiss, da cui prende il nome, come società per la produzione di apparecchi ottici, poi estesa a quasi tutti gli oggetti utili nel campo della nascente fotogrammetria, tra cui anche lo stereomicrometro.

Nel 1901 infatti Carl Pulfrich si rivolge proprio all'azienda di Jena per assemblare la propria invenzione che, utilizzata con uno stereoscopio, serviva proprio a integrare le funzioni di quest'ultimo in laboratorio in fase di misura.

Stereomicrometro con stereoscopio a riflessione del 1965

Il materiale perciò doveva essere qualcosa di resistente e affidabile nel lungo periodo, quindi si optò per uno dei metalli che veniva impiegato ampiamente per buona parte della produzione industriale tedesca, l'acciaio. Questo permette di aggiungere appendici aggiuntive per migliorarne stabilità e precisione come piani inclinati o strutture per tavoli e superfici di sostegno, oltre che predisposizioni per stereoscopi e altri strumenti dell'analisi fotogrammetrica. Progressivamente si preferì una struttura in alluminio per ridurne il peso e permetterne l'uscita dai laboratori, rendendo lo strumento disponibile per rilevamenti preliminari eseguibili sul campo.

Fonti:

https://www.isprs.org/society/history/Hobbie-The-development-of-photogrammetric-instruments-and-methods-at-Carl-Zeiss-in-Oberkochen.pdf

https://webthesis.biblio.polito.it/13338/1/tesi.pdf

https://it.wikipedia.org/wiki/Carl_Zeiss_(azienda)

#7 - Il mito

 Come abbiamo avuto modo di constatare in alcuni dei post precedenti, la fotogrammetria viene inizialmente utilizzata principalmente per scopi bellici: dalla fine dell'Ottocento agli inizi del Novecento molti conflitti diventano una sfida tecnologica ed industriale tra due Nazioni che si contendono il controllo di aree ricche di risorse o fortemente industrializzate.

Nei primi anni della Prima Guerra Mondiale infatti, dopo l'iniziale spinta da parte dei tedeschi, si delinea immediatamente uno scenario di guerra di logoramento ben diverso dagli schemi bellici del secolo precedente che vedevano i due schieramenti affrontarsi a viso aperto in ampi spazi. Per questo motivo la conoscenza del territorio e della sua topografia si rivela da subito un aspetto cruciale per massimizzare lo sforzo militare e ottimizzare l'elaborazione strategica e anche in questo caso la Grande Guerra si comporta come un banco di prova per gli ingegneri delle forze dell'Alleanza e dell'Intesa alla ricerca di ogni vantaggio possibile.

Fotografo inglese a bordo di un aereo di ricognizione

È così che nasce un ramo che fino a questo momento nella Storia non ha mai avuto nessun esercito al mondo: l'aviazione, un nuovo settore in rapido sviluppo impiegato nelle ricognizioni e sorveglianza sui territori nemici. Naturalmente una visuale dall'alto aiuta nell'analisi topografica del territorio ai fini citati in precedenza, tuttavia entrambi gli schieramenti non permetteranno mai una facile ricognizione fotogrammetrica all'esercito nemico, per questo inizia la corsa agli armamenti per la conquista dei cieli.

Fotografia aerea di un campo di battaglia

Analisi, eserciti, strategia e tecnologia però sono concetti molto lontani dal mondo della narrazione e non si prestano bene alla scrittura di un racconto, tuttavia una persona che nasce da questo contesto storico è Manfred Von Richthofen, un nome che a primo impatto può essere un altro dei nomi che si possono comunemente trovare in un libro di Storia. 

Manfred Von Richthofen

La leggenda infatti ricorda l'asso dell'aviazione noto come Barone Rosso, tanto che anche chi non ha nessuna conoscenza storica a riguardo ha già associato questo nome in codice ad echi del mito tramandati da più di cento anni: aviatore, coraggio, astuzia, velocità, superamento dei limiti sono invece concetti che in una storia hanno sicuramente più impatto sul pubblico ed ecco che un'altra insipida storia di guerra diventa invece immortale.

Il Barone Rosso con il triplano Fokker Dr.1

Manfred Von Richthofen, nome in codice Barone Rosso (Rote Kampfflieger, il combattente rosso in tedesco), comandante del famigerato squadrone del Circo Volante, sulle orme dei piloti dei primi anni della guerra porta la strategia formulata dall'aviazione tedesca su nuovi livelli arrivando a vantare 80 abbattimenti confermati e raggiungendo lo status di leggenda. In pochi anni spinse la macchina bellica tedesca a nuovi livelli tecnologici costringendo inglesi e francesi a inseguire per non perdere il fronte aereo. A soli 25 anni era già famoso in tutto il mondo, aveva ricevuto la Pour le mérite, la più alta onoreficenza militare tedesca e alla morte ricevette dai soldati inglesi un funerale con tutti gli onori militari ma a quel punto era già diventato leggenda.

Fonti:

https://marcocrupi.it/2016/07/la-fotografia-aerea-origini-ed.html

https://it.wikipedia.org/wiki/Terra_di_nessuno

https://it.wikipedia.org/wiki/Manfred_von_Richthofen

#6bis - Il simbolo

 Questa seconda parte della ricerca di simboli legati allo stereomicrometro è dedicata interamente a quei gruppi che hanno fatto dell'analisi stereometrica il loro credo e come in molti casi hanno aiutato le popolazioni locali, ma anche nel lungo periodo l'intera umanità poiché il loro lavoro rimarrà salvato anche in formato digitale, permettendo una consultazione dettagliata e permanente dei modelli tridimensionali di elementi architettonici di ogni tipo.

L'International COuncil on MOnuments and Sites (ICOMOS) è un'associazione non governativa volta alla protezione di monumenti e siti di interesse culturale e alla diffusione dei mezzi per perseguire questo nobile obiettivo. L'ICOMOS collabora con l'UNESCO per massimizzare la sua portata ed estendere i propri orizzonti oltre che essere in stretti rapporti con l'ISPRS e il CIPA.

L'International Society of Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS), in collaborazione con il Comité International de Photogrammétrie Architecturale sono due organizzazioni che si occupano direttamente della catalogazione, dello studio e dell'analisi di monumenti facendo largo uso di tecniche fotogrammetriche al fine di preservarne le caratteristiche a fronte di erosione da agenti atmosferici, catastrofi climatiche e distruzione, da cui il motto "information from imaginery".

Fonti:

https://www.icomos.org

https://www.isprs.org/

https://www.cipaheritagedocumentation.org/

#6 - Il simbolo

 Simboli, loghi e segni distintivi sono da sempre un modo rapido per trasmettere dei messaggi, basti pensare ai cartelli stradali che sono essenzialmente simboli per aiutare gli utenti della strada a proteggere sé stessi e gli altri. La fotogrammetria fa allo stesso modo ampio uso di segni e simboli per arricchire i fotogrammi e ottenere il massimo numero di informazioni possibile da una singola coppia di immagini.

24. Segnali numerati per il riconoscimento dei punti nei fotogrammi
25. Segnali applicati su una facciata di una chiesa 

Cominciamo da una forma estremamente semplice ma non meno importante di simboli in fotogrammetria, i segnali sono un supporto in cartoncino che si possono applicare su una superficie inquadrata per dare agli operatori in laboratorio un chiaro e ben visibile punto di riferimento nella fase di restituzione: uno stereoscopio infatti una volta centrato su questi evidenti simboli può essere calibrato in un attimo e sfruttare queste informazioni per ottenere rapidamente informazioni relative alla profondità degli elementi architettonici (o paesaggistici) vicini ai segnali.

Naturalmente è importante la dimensione dei segnali in base alla scala del fotogramma in esame: come citato poco sopra, in caso di fotogrammi paesaggistici è necessario avere segnali ben visibili anche a molti kilometri oltre che per questioni di diversa tolleranza di incertezza di misura.

Segnali per la fotogrammetria aerea

Sfortunatamente lo stereomicrometro non viene rappresentato spesso in immagini simboliche poiché la sua dimensione pragmatica ottiene il massimo riconoscimento in funzione della precisione con cui porta a compimento il suo ruolo nell'ampio campo della fotogrammetria, tuttavia ogni volta che vedete un simbolo come quello qui sopra mentre passeggiate nei campi, ricordatevi che qualcuno da qualche parte probabilmente avrà bisogno di uno stereomicrometro per fornire una corretta mappa dell'area in cui si trova.

Fonti:

Misure, rilievo, progetto. Per costruzioni, ambiente e territorio., R. Cannarozzo, 5^ Edizione, modulo disponibile online: https://online.scuola.zanichelli.it/cannarozzomisure-5ed-files/Zanichelli_Cannarozzo_La%20presa_dei_fotogrammi.pdf

Simulazione di fotogrammetria

Seguendo questo link è possibile provare a fare dei rilevamenti stereometrici nella cattedrale di Bari, molto interessante per chi volesse provare un'esperienza in prima persona (seppur simulata).

http://stereofot.it/restitutore/stereofot.php?c=41.128455&s=2

Fonti:

- Sito internet del laboratorio di fotogrammetria architettonica del Politecnico di Bari: http://rilievo.stereofot.it/

#5 - Il principio fisico

La fotogrammetria poggia le basi su un'analisi geometrica applicata su fotogrammi, fotografie scattate a fini metrici. 

Un'immagine fotografica si può approssimare senza perdite rilevanti di informazioni in una prospettiva centrale il cui centro è definito dall'asse ottico della camera e dal centro di presa, definendo un punto in cui per definizione convergono tutte le linee di profondità chiamato centro di proiezione. Tuttavia un solo fotogramma non fornisce informazioni sufficienti per l'analisi della profondità di un oggetto raffigurato, di conseguenza ci sarà bisogno di una seconda immagine scattata a una distanza nota dalla prima in modo da avere un effetto stereoscopico per percepire la profondità (il principio su cui si basa la vista umana come i più attenti avranno notato).

Schema geometrico di una fotocamera ottica

Scattati i due fotogrammi e tornati in laboratorio inizia il lavoro di studio geometrico delle immagini: tutta la procedura ruota intorno alla capacità di identificare la posizione degli oggetti sfruttando la distanza focale delle fotocamere usate, i centri di presa e gli elementi nelle immagini per acquisire i parametri geometrici necessari nella seconda fase dell'analisi in preparazione per la terza.

Modello stereometrico teorico 

L'ultimo punto di questo processo viene comunemente chiamato "fase di restituzione" in cui si effettuano le misure sul modello stereoscopico formulato nel secondo punto per ottenere i valori richiesti. È qui che entra in gioco lo stereomicrometro in quanto permette di effettuare le misurazioni di differenza di parallasse in modo incredibilmente preciso per sfruttare al meglio i dati ottenuti.

Fonti:

Misure, rilievo, progetto. Per costruzioni, ambiente e territorio., R. Cannarozzo, 5^ Edizione, Modulo T (disponibile online): https://online.scuola.zanichelli.it/cannarozzomisure-5ed-files/Zanichelli_Cannarozzo_Principi_e_strumenti_fotogrammetria.pdf

#4 - La scienza

 Ormai citata più volte nei post precedenti, la fotogrammetria è una tecnica di rilievo indiretto tramite l'analisi di fotogrammi stereometrici che fu impiegata in vari ambiti, dalla cartografia all'architettura. Quindi è doveroso un piccolo approfondimento su questa disciplina per apprezzare a pieno il ruolo che ha avuto negli anni lo stereomicrometro.

I modelli fisici che saranno alla base dello sviluppo di questa tecnica erano già noti al noto matematico, astronomo e filosofo Johann Lambert a metà del XVIII secolo, ma dobbiamo aspettare fino al 1859 per una formale definizione del concetto di fotogrammetria con Aimé Laussedat, considerato il suo fondatore.

Naturalmente buona parte dello sviluppo della fotogrammetria è imputabile al settore militare: avere informazioni più accurate circa il campo di battaglia è ovviamente un grande vantaggio e un esempio è la battaglia di Solferino e San Martino. Un fondamentale passo avanti nella crescita di questa tecnica si ebbe agli inizi del Novecento, in particolare nel 1901, anno dell'invenzione dello stereomicrometro, e nel 1915 in cui gli aerei delle aviazioni di entrambi gli schieramenti della Prima Guerra Mondiale muovevano i primi passi nel campo delle ricognizioni aeree, in aggiunta ai primi scontri aerei della Storia.

Biplano Sopwith Camel del 1917

Nel dopoguerra, una nuova tecnologia si fa spazio prepotentemente in molte tecniche di misura per la sua precisione e rapidità, stiamo parlando ovviamente degli elaboratori elettronici che anche nel campo della fotogrammetria si aggiunge all'insieme di strumenti essenziali per le misurazioni, fino a portare a piccoli passi in apparenza ma grandi salti in avanti per quello che sarà uno dei traguardi tecnologici più importanti della Storia, l'atterraggio sulla Luna, permettendo una mappatura di precisione della superficie lunare in previsione delle missioni Apollo.

Fonti:

- G. Cortese, Integrazione innovativa di termografia e fotogrammetria aeree da UAV per l'analisi del costruito storico, pp 30-31-32: https://webthesis.biblio.polito.it/13338/1/tesi.pdf

- Wikipedia: https://it.wikipedia.org/wiki/Fotogrammetria

#3 - Glossario

Mini glossario a tema stereomicrometro:

Barra distanziometrica = barra in metallo utilizzata in fase di misurazione con una precisione dell'ordine di grandezza del centesimo di millimetro.

Vite micrometrica = dispositivo utilizzato per la variazione di lunghezza della barra distanziometrica durante la misura.

Vetrini = supporti per le marche di riferimento posizionati alle estremità della barra che verranno appoggiati sui fotogrammi stereometrici.

Marche di riferimento = indicatori da sovrapporre ad un punto sulla coppia di fotogrammi che permettono di regolare la lunghezza della barra distanziometrica.

Marca mobile = quando le marche di riferimento sono osservate attraverso uno stereoscopio e queste si fondono in un unico punto, questo si chiama marca mobile ed indica il punto di cui si può calcolare la quota con la lettura del valore sulla barra distanziometrica

Fotogrammi stereometrici = coppia di fotografie stereoscopiche usate per la misurazione della differenza di profondità degli elementi fotografati (o differenza di quota nel caso di fotografie aeree).

#2 - L'immagine

Dopo una breve introduzione dello stereomicrometro, un altro passaggio chiave nel nostro viaggio, seppur ancora agli inizi, è identificare l'aspetto dell'oggetto in modo da associare un'immagine alla descrizione per completare l'identikit di questo strumento.

Stereomicrometro Santoni, identificativo 321 presso il museo strumenti dell'Istituto Geografico Militare

Vi presento lo stereomicrometro Santoni, custodito nell'Istituto Geografico Militare in via C. Battisti a Firenze, un isolato di fianco all'Università degli Studi della medesima città. Come si può vedere dalla foto riportata in alto, lo strumento fa affidamento su una serie di bracci meccanici per massimizzare la precisione e la stabilità in fase di misura. Tuttavia è possibile intuire che uno stereomicrometro non permette granché senza integrazione di fotografie e apparecchi stereoscopici per poterne calibrare i riferimenti: non a caso, nel campo della fotogrammetria architettonica, lo stereomicrometro è una parte di un sistema più ampio ottenuto tramite la simbiosi dei suoi componenti. Tale interazione è facile da apprezzare nella foto in basso, in cui un tecnico dell'unità fotogrammetrica del Politecnico di Bari, attraverso l'uso di uno stereoscopio e di uno stereomicrometro, effettua delle misurazioni su una coppia di fotografie.

Stereomicrometro in azione

Fonti:

- Sito internet dell'Istituto Geografico Militare: http://www.igmi.org/museo/strumento.php?sender=catalogo&id=321

- Sito internet del laboratorio di fotogrammetria architettonica del Politecnico di Bari: http://terremoto.stereofot.it/documenti/restituzione.html#stereomicrometro