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iPad equipaggiato con Lidar: funzionamento e prime impressioni

iPad equipaggiato con Lidar: funzionamento e prime impressioni

Il nuovo iPad Pro, uscito nel 2020, è stato equipaggiato con un Lidar (Laser Imaging Detection and Ranging) divenendo di fatto il primo tablet dotato di un sistema di misura laser. Potrà trovare applicazioni nel campo dell'infortunistica stradale? In questo breve articolo riportiamo i nostri risultati dopo 5 mesi di utilizzo.


PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL LIDAR

Cosa è un Lidar? Semplificando al massimo è un dispositivo che permette di misurare la distanza di un oggetto o di una superficie utilizzando un impulso laser. Il dispositivo è formato da una sorgente e da un ricevitore. La sorgente emette gli impulsi laser che, urtando contro l'oggetto da misurare, sono respinti indietro e rilevati dal ricevitore. La distanza dell'oggetto dal dispositivo è calcolata In base al tempo trascorso tra l'emissione e la ricezione dell'impulso.

IMPLEMENTAZIONE NELL'iPAD

Le specifiche tecniche del Lidar installato nell'iPad non sono disponibili sul sito ufficiale Apple.  Anche cercando nei forum degli sviluppatori non abbiamo trovato riferimenti in merito. L'unica informazione è presente in questo post sul sito laserscanningforum in cui leggiamo che il Lidar equipaggiato sull'iPad emette un fascio di 500 impulsi laser, il cui segnale di ritorno viene campionato a 60Hz (60 volte al secondo). Nel video qui a fianco è riportato un esempio dei punti di misura di una scena.

ACCEDERE AI DATI DEL LIDAR

I tool di ArKit 4.0

I dati grezzi delle misurazioni Lidar non sono direttamente accessibili e possono essere acquisiti solo tramite le API della libreria di sviluppo ArKit (ad oggi nella versione 4.0), dedicata alla progettazione di applicazioni iOS che utilizzano la realtà aumentata. Tale scelta non stupisce perché, come riscontrabile negli articoli tecnici (esempio a questo link), l'implementazione del Lidar nell'iPad nasce proprio con lo scopo di migliorare le applicazioni di realtà aumentata. L'obiettivo principale è misurare la distanza degli oggetti dall'iPad, per migliorare la fruizione delle applicazioni di augmented-reality. Un esempio pratico è l'affinamento degli algoritmi di calcolo della virtual occlusion, utilizzati per capire se un oggetto virtuale all'interno di una scena potrebbe essere mascherato da un oggetto fisico che si muove davanti alla telecamera.

Esempio di virtual occlusion

Le funzioni messe a disposizione da ArKit sono molto complesse e sfruttano congiuntamente sia le telecamere che il sensore Lidar, implementando sostanzialmente una fotogrammetria 3D unita alla misura laser. Da una prima analisi, le principali funzioni sfruttabili per le misurazioni sono:

  • la funzione "sceneDepth", che crea una mappa della distanza tra gli oggetti della scena e l'iPad (o meglio tra la scena e le telecamere/lidar); tale funzione è alla base di molte applicazioni di realtà aumentata, ne è un esempio il codice disponibile a questo link e che introduce una nebbia artificiale sullo schermo dell'iPad mentre si riprende una scena con la telecamera;
  • la funzione "confidenceMap" che associa ad ogni punto della mappa di distanza una stima della precisione del dato (la precisione è indicata su tre valori: bassa, media, alta);
  • la funzione "ArPointCloud" che, come suggerisce il nome, restituisce una nuvola di punti sotto forma di coordinate;  tali punti costituiscono l'insieme dei riferimenti notevoli che il dispositivo individua in una scena e che sono utilizzati per il riconoscimento degli oggetti.

SOFTWARE DISPONIBILI

La necessità di appoggiarsi alle API di ArKit esclude un utilizzo "artigianale" del Lidar incluso nell'iPad. Giocoforza sarà necessario utilizzare applicazioni proposte da aziende terze e che dovranno sfruttare nel miglior modo possibile l'hardware e il software messo a disposizione da Apple. Ad oggi sono già state sviluppate diverse app, disponibili sull'Apple Store, e che sostanzialmente si dividono in 3 categorie:

  1. misurazioni: applicazioni per utilizzare l'iPad come un DISTO ed effettuare misure lineari, come si farebbe con un metro, di un oggetto o di una scena;
  2. rilievo 3D tramite mesh: creazione di una copia di un oggetto o di una scena come superficie 3D (in pratica le app utilizzano la funzione "sceneDepth" per creare una mesh 3D);
  3. rilievo 3D tramite nuvola di punti: similmente a quanto fanno i laser scanner la scena ripresa dalla telecamera/lidar dell'iPad viene convertita in una nuvola di punti.

UTILIZZO NELLA RICOSTRUZIONE DEI SINISTRI STRADALI

Esempio di misura eseguita con l'iPad (testo bianco sovraimpresso)

​In questi 5 mesi di utilizzo abbiamo constatato che al momento la maggior potenzialità di applicazione risiede nelle misurazioni in stile DISTO, soprattutto per la documentazione di abrasioni o segni su un veicolo. Dalle prove preliminari che abbiamo effettuato si possono ottenere misure con una precisione dell'ordine del 1-2%, più che sufficienti per gli scopi del ricostruttore. Le applicazioni per la realizzazione di mesh 3D, per quanto esteticamente gradevoli, non sono invece a nostro giudizio ancora idonee allo scopo di una documentazione tecnica.

L'utilizzo come laser scanner , molto interessante sulla carta, risulta per ora poco percorribile a causa della ridotta densità delle nuvole e del notevole rumore che le accompagna. Su piccole porzioni di asfalto o su piccole parti dei veicoli la nuvola prodotta con l'iPad si è comunque rilevata sufficientemente precisa per una applicazione pratica. Fra le app attualmente disponibili per l'utilizzo di un iPad come laser scanner segnaliamo Scaniverse e Sitescape. Sul sito web di quest'ultima è anche disponibile una galleria di scansioni realizzate dagli utilizzatori


La videoprova delle misurazioni stile DISTO e dell'acquisizione della nuvola di punti

Una breve galleria di immagini: misurazioni e scansioni.

Presentazione PC-Crash 13.1
Utilizzare i dati del cronotachigrafo - nuovo tuto...

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