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Dott. Simone Provenzano - Tecniche di analisi di immagine applicate allo studio dei suoli

Tesi di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche - Capitolo II - Cenni teorici sull'analisi di immagine - Unical

 

 

 

 

 

2.3.4. Analisi 2D vs. 3D

L'analisi di immagine può essere effettuata su immagini 2D (bidimensionali, ad esempio sezioni sottili) oppure su immagini 3D (tridimensionali, ad esempio scansioni CT di blocchi di suolo). Le analisi 2D presentano il vantaggio di richiedere minori risorse computazionali rispetto alle analisi 3D (Hyväluoma et al., 2012). La qualità dei risultati ottenuti tutto sommato non si discosta notevolmente da quella ottenuta attraverso le analisi 3D, a patto che non vi siano considerevoli variazioni spaziali dei caratteri del campione, o che comunque non sia oggetto del lavoro studiare tali variazioni spaziali. Ad esempio, nel lavoro di Moreau et al. (1999), viene studiato un Vertisuolo e vengono esposte le differenze nei risultati ottenuti se si effettua un'analisi 2D piuttosto che 3D. In particolare viene mostrato come, essendo un Vertisuolo caratterizzato generalmente da variazioni spaziali non trascurabili nelle distribuzioni dei pori, si rivelino non attendibili (in quanto non estrapolabili in 3D) le determinazioni sulla connettività dei pori attraverso le sole analisi 2D. Emerge infatti che c'è una forte anisotropia di porosità nel blocco di suolo studiato, e solo attraverso l'analisi 3D è stato possibile ottenere questa informazione. Un altro dato importante che emerge da questo studio è che, se si ha a che fare con un blocco di suolo dominato da pori tendenzialmente sferici, la stima della porosità media del suolo fornisce risultati molto simili sia lavorando in 2D che in 3D. Se invece il blocco di suolo contiene molte fratture (come nel caso del Vertisuolo oggetto dello studio) una singola analisi 2D può produrre risultati non veritieri, in quanto la direzione con cui vengono sezionate le fratture (soprattutto quando queste tendono ad essere planari) può portare ad una sovrastima della porosità. A titolo di esempio basti pensare che se teoricamente si realizzasse una sezione parallela al piano della frattura e contenuta nella frattura stessa, si otterrebbe una sezione sottile completamente vuota, cioè con porosità pari al 100%. Si può quindi intuire che tale concetto può e deve necessariamente essere esteso a tutti quei casi di studio in cui sia fondamentale avere delle informazioni sulla variabilità spaziale di un qualunque parametro, come ad esempio per la ricostruzione dei possibili percorsi di flusso preferenziali dell'acqua in un suolo.
In Fig. 2.38 vengono riportati alcuni esempi di come una sezione 2D possa produrre risultati dall'interpretazione non univoca.

 

 

forme 3D e sezioni 2D

Fig. 2.38. Uguali sezioni 2D prodotte da diversi oggetti 3D. Si confrontino le coppie a-b e c-d.

 

 

 

 

 

Due soluzioni tipiche delle analisi 3D sono rappresentate 1) dall'utilizzo di apparecchiature tomografiche mediche o industriali (es. San José Martínez et al., 2010; Baveye et al., 2010; Hyväluoma et al., 2012; Vingiani et al., 2015) e 2) dalla tomografia meccanica, che consiste nel sezionamento multiplo sequenziale di un blocco del campione interessato (es. Moreau et al., 1999) e nella successiva ricostruzione 3D tramite software. Vanno comunque ricordati alcuni limiti di questi metodi, fra i quali la ridotta capacità di penetrazione delle apparecchiature tomografiche mediche fino a poche decine di centimetri (ad esempio i materiali di suolo hanno generalmente dei coefficienti di assorbimento molto maggiori rispetto a quelli del corpo umano) nonché l'impossibilità di queste apparecchiature di rilevare gli oggetti più piccoli soprattutto all'aumentare dell'area analizzata, in quanto il livello di dettaglio dell'immagine è inversamente proporzionale al volume acquisito (Hyväluoma et al., 2012). Per quanto riguarda invece la tomografia meccanica i principali limiti sono legati al carattere distruttivo del metodo ed alla necessità di ricorrere all'interpolazione per ottenere l'immagine 3D.

 

 

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unical

È possibile utilizzare liberamente le immagini ed i contenuti del presente capitolo di tesi, purché si inseriscano gli opportuni riferimenti bibliografici. Si consiglia un modello di citazione come quello espresso di seguito per tutte le immagini ed i contenuti ove, nel presente capitolo, non siano già presenti espliciti riferimenti bibliografici:

Provenzano Simone. Tecniche di Analisi di immagine applicate allo studio dei suoli (155 pagg.). Tesi di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche. Unical - Università della Calabria. A.A. 2014/2015. Relatori: Scarciglia Fabio, Miriello Domenico. Pagg. 26-73.

 

 

 

 

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