venerdì 14 ottobre 2011

Errori comuni nell’osservazione di Aerei - “Incrociava a quota cumulo”

Errori comuni nell’osservazione di Aerei

“Incrociava a quota cumulo”

Oltre agli strumenti visivi di cui al post [4], spesso un altro preconcetto, nell’analisi di immagini e riprese contenenti contemporaneamente aerei, scie e nuvole, è sfruttare gli elementi di quell’immagine e la loro sovrapposizione per determinare quale dei due oggetti sia davanti e quale sia dietro. E gli stessi principi concorrono anche nella determinazione a vista ad occhio nudo.

1)      Stereoscopia.

La differenza sostanziale tra il vedere un filmato (od una foto) e guardare direttamente un oggetto coi propri occhi, è che nel primo caso la visione è bidimensionale (un filmato è piatto e non contiene informazioni dirette sulla distanza) mentre invece la visione umana è stereoscopica.
La stereoscopia funziona pirncipalmente attraverso la corteccia che riceve dai due occhi che abbiamo a disposizione, posti a circa 6,5 cm di distanza due immagini diverse. Attraverso le differenze tra le due immagini (gli oggetti ripresi ad angolazione leggermente diverse mostrano gli stessi soggetti in posizioni leggermente diverse) il cervello ricostruisce informazioni molto precise sulla tridimensionalità. Questo particolare processo però avviene circa da 15 cm davanti ai nostri occhi, fino a circa 30 metri e si chiama Stereopsi Primaria [1][2]. Oltre questa distanza, tutte le informazioni che il cervello fornisce sulla distanza, sono ricostruite sfruttando caratteristiche delle immagini (quali ad esempio, il sovrapporsi dei soggetti, ovviamente chi è coperto, viene classificato come più lontanto, oppure anche la cossiddetta foschia atmosferica, classificando più vicino ciò che ha maggior contrasto) ma soprattutto è un processo cognitivo, dove la distanza è calcolata anche sulla base delle dimensioni e delle caratteristiche dei soggetti riconosciuti in funzione di ciò che il cervello conosce di loro. Questo procedimento si chiama Stereopsi Secondaria e non è esente da errori, ed anzi spesso succede che su soggetti molto distanti, la nostra valutazione sia completamente arbitraria. [1]

2)      La stereopsi secondaria – Sopra o sotto la nuvola

Che si tratti di visione dal vivo, di una foto o di un video, ciò che ci permette di valutare la distanza di un oggetto è la stereopsi secondaria.

La luce che giunge al nostro occhio funziona (semplificando il tutto) per somma di intensità luminosa e colore. Due materiali semitrasparenti, a livello di intensità luminosa, si miscelano (prima uno, poi l’altro) sul cielo. Nella figura esemplificativa qua di sotto, notiamo come sia impossibile determinare se sia stato disegnato prima il cerchio o la striscia, perlomeno senza nessuna misurazione.



Stesso dicasi per la scia, per la quale, otticamente, è impossibile determinare, soprattutto da un filmato, se essa si trovi sopra o sotto un cumulo.

3)      Conclusioni

Sia guardando direttamente un aereo che rilascia una scia nella stessa direzione ottica in cui c’è una nuvola, si osservando lo stesso fenomeno su una foto o un video, oltretutto come spesso accade, senza particolari punti di riferimento, non si è realmente in grado di determinare se sia la scia o la nuvola più vicino rispetto all’osservatore. Per evitare di prendere cantonate, l’unica cosa da fare e cercare di stimare la distanza dell’aereo dall’osservatore, otticamente prendendosi dei riferimenti come al post [4], e in caso di foto o video, conoscendo perfettamente tutti i dati di ripresa e seguendo il procedimento indicato nell’ottimo post [3].





[4] http://riccardodeserti.blogspot.com/2011/08/riflessioni-preliminari-sulle.html

lunedì 10 ottobre 2011

Riflessioni Preliminari – Prime Prove sul Campo: Calcolare l’altezza di una nuvola

Riflessioni Preliminari – Prime Prove sul Campo
Calcolare l’altezza di una nuvola

1) Theodolite

Sempre nel tentativo di mettere a punto tecniche più o meno economiche, per effettuare delle verifiche realitvamente alle scie di condensa rilasciate dagli aerei, ho preso in considerazione una particolare applicazione per l’iPhone, dato che ne sono in possesso. L’applicazione in questione si chiama Theodolite Pro, e fa esattamente quello che ci si aspetta dal suo nome, ovvero fornisce informazioni angolari su di un oggetto puntato dalla camera dell’iPhone e georeferenzia le foto scattate, unendo il tutto alla capacità di calcolare angoli, distanze e triangolazioni. [1] (il costo dell’App, nel momento in cui scrivo, è di € 2,99. Ne esiste anche una versione Free, senza la possibilità di fare i calcoli, ma con la funzionalità di effettuare comunque le misurazioni)

2) Calcolare l’altezza di una nuvola.

Sempre nell’ottica di trovare un procedimento il più preciso possibile, l’idea è di trovare una nube con caratteristiche visive riconoscibili, ed una in particolare, così da poterla puntare. Successivamente, si fanno due rilevazioni angolari ad una buona distanza l’una dall’altra, poi si triangola la posizione della nube, ed infine si calcola l’altezza.

Stasera, appena uscito dall’ufficio, ho fatto la prima prova. Per cominciare ho scelto una nuvola apparentemente bassa, tanto per avere dati più semplici da gestire. Per la prima prova in assoluto, tanto per verificare la metodologia, non ho tenuto conto degli errori di misurazione, né ho calcolato la loro propagazione, cosa che lascio al secondo tentativo.

Le problematiche che ho riscontrato mi hanno lasciato sorpreso. Per fare le due rilevazioni necessarie alla triangolazione, l’idea è quella di fare la prima foto, salire in macchina così da far presto a percorrere più o meno 250-300 metri e fare la seconda rilevazione. Per quanto breve possa essere questo tempo, ho notato che una nuvola bassa, non solo si sposta molto rapidamente, ma cambia forma con altrettanta rapidità e potrebbe tranquillamente non avere più la caratteristica visiva scelta per il puntamento.

Per evitare di sovrastimare la distanza, il movimento dell’automobile tra il punto A ed il punto B, l’ho scelto in direzione contraria al vento, così da avere angoli maggiormente diversi e quindi una sottostima invece di una sovrastima della distanza, e di conseguenza dell’altezza della nube.

3) Il tentativo

Oggi 10/10/2011 così appariva il cielo alle 19:00 circa in direzione ovest, ed al centro della foto si può notare la nuvoletta scelta per il primo esperimento. La foto in questione è scattata con Canon EOS 550D ed obiettivo 18-55 f3.5/5.6 in dotazione. Le altre foto ed i calcoli per la triangolazione sono stati effettuati con un Apple iPhone 4G 32gb, e l’app Theodolite PRO (di cui sopra)

Queste le prime due misurazioni con sovraimpressi i dati, ovvero la nuvola osservata dal punto A


e dal Punto B


e questo il risultato della triangolazione dato dall’App.


Ora, sempre ammettendo gli errori di misurazione, ma non considerandoli per il momento, ho provato a calcolare l’altezza della nube, con la formula Altezza = Distanza * Tan(Angolo).

Il segmento A-C è di 1546,7 metri e l’elevazione è di 19.9°, per cui l’altezza è 559,89 mt.
Il segmento B-C è di 1444,4 metri e l’elevazione è di 21.6°. per cui l’altezza è 571,87 mt.

Per cui posso supporre che l’altezza del punto osservato nella nube sia almeno tra i 560 e 570 metri circa, naturalmente fino a qui non tenendo conto degli errori di osservazione e delle approssimazioni ed inesattezze del metodo.

Questo primo tentativo verrà seguito da altri, per affinare un buon metodo, ma comunque economico (per chi già possiede un iPhone) per stimare l’altezza di una nube in generale e più in particolare (in un futuro) di una scia di condensa.

4) Conclusioni

Come sempre l’esperienza sul campo, dimostra che dalla carta, le cose sono sempre più difficili di quanto pianificato. Al momento le premesse sono buone, ma vedrò nei prossimi tentativi se migliorando e tenendo conto di tutte le variabili, il metodo possa avere una qualche validità.

domenica 9 ottobre 2011

Riflessioni preliminari sulle osservazioni di aerei. Il cosiddetto metodo ad occhio – Addendum

Riflessioni preliminari sulle osservazioni di aerei.
Il cosiddetto metodo ad occhio – Addendum

“Era di sicuro a bassa quota, perché ne distinguevo i particolari ad occhio nudo”

Più volte ho letto e sentito questa frase, sempre in merito alla stima della quota di un aeromobile, basandosi solo sulla vista. Ho dunque deciso di fare chiarezza, per mio uso e consumo, e successivamente di condividere i risultati, sempre nell’ottica di togliere qualche preconcetto sull’argomento.

La risoluzione angolare dell’occhio, ovvero l’angolo minimo che deve occupare un particolare, per essere notato dall’occhio umano è di circa 35-50 secondi d’arco [1], considerando una vista di 10/10 naturale, o normalizzata a questo valore da un comune paio di occhiali da vista.

In realtà il discorso è più complesso, poiché ci sono diverse risoluzioni, che concorrono nell’identificazione di un oggetto, da parte del sistema occhio-cervello, tra cui la risoluzione angolare del contrasto e l’identificazione di forme note, ma ai fini di una stima possiamo accontentarci della risoluzione angolare prendendo tra i due valori il caso peggiore (ovvero 50”).

Ammettendo di avere un oggetto che si presenti a quota x, e che venga osservato ad un angolo A, la formula per sapere quel’è la dimensione del più piccolo particolare notabile dall’occhio è Tan(0°.0’.50”)*(quota/sen(A)). Se la quota è indicata in metri, anche il risultato sarà in metri.

Applicando tale formula otteniamo la tabella.

x\A
90
80
70
60
50
40
30
20
10
1000
0,24
0,25
0,26
0,28
0,32
0,38
0,48
0,71
1,40
2000
0,48
0,49
0,52
0,56
0,63
0,75
0,97
1,42
2,79
3000
0,73
0,74
0,77
0,84
0,95
1,13
1,45
2,13
4,19
4000
0,97
0,98
1,03
1,12
1,27
1,51
1,94
2,84
5,58
5000
1,21
1,23
1,29
1,40
1,58
1,89
2,42
3,54
6,98
6000
1,45
1,48
1,55
1,68
1,90
2,26
2,91
4,25
8,38
7000
1,70
1,72
1,81
1,96
2,22
2,64
3,39
4,96
9,77
8000
1,94
1,97
2,06
2,24
2,53
3,02
3,88
5,67
11,17
9000
2,18
2,22
2,32
2,52
2,85
3,39
4,36
6,38
12,56
10000
2,42
2,46
2,58
2,80
3,16
3,77
4,85
7,09
13,96
11000
2,67
2,71
2,84
3,08
3,48
4,15
5,33
7,80
15,36
12000
2,91
2,95
3,10
3,36
3,80
4,53
5,82
8,51
16,75
13000
3,15
3,20
3,35
3,64
4,11
4,90
6,30
9,21
18,15

Prendendo uno degli aerei più diffusi (Boeing 737) che monta uno dei reattori più diffusi (CFM56), e sapendo che la lunghezza del motore va dai 2,43 ai 2,62mt [2] si può notare dalla tabella soprastante che di un aereo anche in alta quota si riescono a notare i motori tranquillamente fino ai 10.000 metri se passano sulla nostra verticale e a quote leggermente più basse anche se non passano necessariamente sopra la nostra verticale ma fino ad un angolo di 60°, e tutto questo considerando il caso peggiore.

Tutti gli altri elementi morfologici (piani di coda, timone, ali) hanno dimensioni ben più grandi, per cui la forma, bene o male, è quasi sempre distinguibile.