scanner multispettrale L analisi ad immagine multispettrale nel VIS consente la caratterizzazione spettrale punto per punto di superfici estese e trova applicazione sia nella documentazione dello stato di conservazione sia nella diagnostica di superfici dipinte. L elaborazione dei dati multispettrali, basata sul calcolo colorimetrico o sull analisi multivariata, permette per esempio il monitoraggio delle variazioni di colore e spettro legate a interventi di restauro o condizioni ambientali come pure la formulazione di ipotesi circa la natura dei materiali componenti lo strato pittorico. Lo scanner sviluppato è basato su uno spettrofotometro veloce non a contatto per la misura su singolo punto del fattore di riflessione spettrale secondo la normativa CIE per la configurazione 45 /0. Il dispositivo consente la scansione di superfici di 1.5 m 2 con una risoluzione spaziale di 16 punti/mm 2 ad una frequenza di campionamento di 500 Hz. L acquisizione multispettrale di 32 immagini monocromatiche avviene nella regione spettrale del VIS da 380 a 800 nm, con una risoluzione spettrale di 10 nm. scanner per riflettografia IR e immagine a colori La riflettografia infrarossa permette la visualizzazione di particolari nascosti dallo strato pittorico superficiale (disegno preparatorio, pentimenti, ), grazie alla parziale trasparenza alla radiazione IR dei pigmenti che lo compongono. Il risultato è una preziosa informazione sulle varie fasi di realizzazione dell opera. Lo scanner sviluppato (in collaborazione con la ditta Falcon Instrument srl, www.falconinstruments.it) acquisisce simultaneamente 4 immagini (R, G, B e IR di lunghezza d onda compresa tra 900 e 1700 nm) di un area massima pari a 1 m 2 con una risoluzione spaziale di 16 punti/mm 2 ad una frequenza di acquisizione di 500 Hz. Le tre immagini R,G, B, opportunamente combinate, generano l immagine a colori, sovrapponibile, pixel per pixel, all immagine IR. ANALISI AD IMMAGINE
ANALISI AD IMMAGINE dispositivo per fluorescenza UV multispettrale La fluorescenza indotta da radiazione UV discrimina le parti della superficie analizzata (pittorica, marmorea, ) caratterizzate da differente emissione nella regione spettrale del visibile e consente di mettere queste differenze in relazione a ritocchi, restauri o danneggiamenti subiti dall opera nel corso degli anni. Il dispositivo a telecamera sviluppato consente l acquisizione multispettrale dell emissione di fluorescenza in 7 bande di larghezza 40 nm FWHM nell intervallo VIS da 400 a 700 nm. La sorgente è una lampada di Wood opportunamente filtrata per eliminare la radiazione visibile parassita in maniera più efficiente rispetto alle sorgenti tradizionali. L acquisizione multispettrale, rispetto alla tecnica fotografica tradizionale, restituisce un immagine di fluorescenza nella quale le disomogeneità superficiali sono meglio discriminate. dispositivo per tomografia ottica coerente La tomografia ottica coerente (OCT) è una tecnica interferometrica che fornisce sezioni stratigrafiche ad alta risoluzione spaziale di oggetti diffondenti o semi-trasparenti. Tipicamente impiegata per applicazioni biomedicali che vanno dall oftalmologia alla gastro-enterologia, essa impiega una sorgente VIS o NIR la cui larghezza spettrale determina la risoluzione in profondità. Nel campo della diagnostica dei dipinti, l OCT consente, in maniera completamente non-invasiva, di misurare lo spessore della vernice e di monitorarne le variazioni per effetto, ad esempio, di interventi di restauro. Il dispositivo sviluppato, in collaborazione con il LENS di Firenze, impiega una sorgente SLED caratterizzata da una lunghezza d onda centrale di 1550 nm ed un interferometro di tipo Michelson in fibra ottica. La larghezza spettrale della sorgente di 100 nm garantisce una risoluzione in profondità di circa 10 µm. Il segnale all uscita dell interferometro è visualizzato in forma di mappa di profondità del campione.
scanner a tempo di volo RILIEVO TRIDIMENSIONALE Un dispositivo a scansione a tempo di volo è un sistema simile al radar che impiega, al posto del suono, una sorgente di luce pulsata. Per le sue caratteristiche di volume di misura e risoluzione spaziale esso è particolarmente adatto per il rilievo architettonico ed archeologico. Rispetto alla tecnica fotogrammetrica tradizionalmente impiegata per questo tipo di applicazioni, esso consente di acquisire velocemente un numero maggiore di punti con risoluzione ed accuratezza migliori. Lo scanner a tempo di volo sviluppato lavora ad una distanza variabile tra 2 e 30 m, con una risoluzione in quota dell ordine di 1 cm ad una velocità di acquisizione di 1.2 khz. scanner a riga laser Il sistema a scansione a riga laser, basato sul principio della triangolazione ottica, combina un elevata risoluzione ad una buona versatilità, caratteristiche che lo rendono particolarmente adatto al rilievo di oggetti quali statue e reperti archeologici, o di dettagli di opere più grandi, quali modanature architettoniche e rilievi scultorei. Lo scanner a riga laser sviluppato consente il rilievo di volumi dell ordine di 30x30x30 cm 3 ad una distanza di circa 50 cm, con risoluzione in quota di 50 µm.
micro-profilometro La micro-profilometria laser è una tecnica interferometrica che permette di effettuare il rilievo di oggetti con risoluzione micrometrica in un intervallo di quote dell ordine di 1 cm. Da un lato essa consente la misura dei dettagli più fini di una superficie (quali ad esempio l impronta delle tele di trasporto o le tracce degli utensili per la stesura della preparazione nei dipinti), dall altro, l analisi statistica dei dati acquisiti permette lo studio ed il monitoraggio delle caratteristiche di rugosità di superfici dei più diversi materiali (marmo, terracotta, film pittorici, ). Il micro-profilometro sviluppato consente di acquisire, con una risoluzione in quota di 1 µm, aree di 30x30 cm 2 con una risoluzione trasversale massima di 20 µm ad una distanza di lavoro di circa 4 cm. RILIEVO TRIDIMENSIONALE
STRUTTURE DI RICERCA Laboratori, c/o sede INOA, Arcetri, Firenze Laboratorio di Metrologia Ottica, ospitato presso i Laboratori di Restauro dell OPD Laboratori, c/o U.O. INOA di Lecce Laboratorio di Metrologia Ottica di Venezia, ospitato dalla Soprintendenza Speciale per il Polo Museale Veneziano. PRINCIPALI COLLABORAZIONI Convenzioni con enti afferenti al Ministero per i Beni e le Attività Culturali Opificio delle Pietre Dure, Firenze Soprintendenza Speciale per Polo Espositivo Veneziano Soprintendenza Archeologica della Toscana Convenzioni con enti ed istituti di ricerca Centro di Servizi Interdipartimentali di Rilievo Cartografia ed Elaborazione (CIRCE), Istituto Universitario Architettura di Venezia (IUAV) - Venezia ISTI Istituto di Scienza e Tecnologia dell Informazione, CNR, Pisa ISUFI Università di Lecce ISTM CNR, Perugia Collaborazioni con enti ed istituti di ricerca Dipartimento Beni Culturali, Università di Lecce Dipartimento di Chimica Generale, Università di Perugina Dipartimento di Fisica, Università di Bologna Dipartimento di Ingegneria Informatica, Università di Siena DSA GC - Dipartimento di Scienze Ambientali - Sezione di Geochimica Ambientale e Conservazione del Patrimonio Culturale Lapideo - Università di Siena Dipartimento di Scienze Biomedicali, Università di Ferrara Ente Nazionale Energie Alternative (ENEA) ICVBC-CNR, Firenze IFAC Istituto di Fisica Applicata Nello Carrara, CNR, Firenze INFN-LABEC, Università di Firenze LENS Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non-lineare, Sesto Fiorentino, Firenze MICC Media Integration and Communication Center - Università di Firenze Altre collaborazioni Galleria degli Uffizi, Firenze Galleria dell Accademia, Firenze Fabbrica di Palazzo Vecchio, Firenze Musei comunali di Firenze Galleria Borghese, Roma Galleria Nazionale d Arte Antica di Palazzo Barberini, Roma Galleria dell Accademia, Venezia Gruppo Beni Culturali CNR-INOA Istituto Nazionale di Ottica Applicata Largo E. Fermi, 6 50125 Firenze tel. + 39 055 23081 fax + 39 055 2337755 U.O. INOA di Lecce Via Barsanti sn, Arnesano tel. + 39 0832 321816 Fax + 39 0832 420553 e-mail: beniculturali@ino.it http//arte.ino.it
tecnologie ottiche per la diagnostica di beni culturali INOA GBC
CNR-INOA (Istituto Nazionale di Ottica Applicata) svolge attività di ricerca sulle tecnologie ottiche per i Beni Culturali da circa trenta anni. Al suo interno opera su queste tematiche dal 1998 il Gruppo Beni Culturali (GBC). Le attività del GBC si sviluppano in due aree principali: analisi ad immagine e rilievo 3D. La ricerca è finalizzata allo sviluppo di metodologie ottiche per la diagnostica e di dispositivi opto-elettronici.tecniche e strumentazioni vengono sviluppati ed implementati all interno di progetti di ricerca svolti in costante contatto e collaborazione con l Opificio delle Pietre Dure (OPD) e le istituzioni di tutela. Nel 1998 il GBC apre il suo primo Laboratorio distaccato di Metrologia Ottica ospitato presso i Laboratori di Restauro dell OPD. Il GBC è tra i promotori di LaRTeC - Laboratorio regionale pubblico-privato - Innovazione tecnologica per la diagnostica, la conservazione, la valorizzazione e la fruizione del patrimonio culturale (www.lartec.org), una infrastruttura di ricerca di dimensione internazionale in fase di costituzione in Toscana. tecniche di analisi ad immagine L analisi ad immagine offre sorprendenti possibilità di diagnostica e di studio delle opere d arte: a seconda della regione spettrale della radiazione utilizzata, le diverse tecniche consentono di ricostruire un immagine dell oggetto che contiene informazioni diverse rispetto a quelle che si possono avere dalla semplice visione. Tutto questo riveste un importanza straordinaria sia per quanto riguarda l analisi dello stato di conservazione dell opera, sia ai fini di una sua archiviazione e memoria storica. La strumentazione e le tecniche sviluppate dal GBC permettono uno studio a largo spettro delle opere d arte. I prototipi realizzati utilizzano sorgenti UV, VIS o NIR consentendo vari tipi di analisi: da osservazioni puramente qualitative ad altre capaci di discriminare e, in molti casi, identificare la natura dei pigmenti utilizzati nei dipinti o ancora di mostrare particolari nascosti dallo strato pittorico superficiale quali disegno preparatorio e pentimenti nei dipinti antichi. metodi per il rilievo tridimensionale Il rilievo della forma costituisce un prezioso contributo all analisi ed al monitoraggio dello stato di conservazione degli oggetti di interesse storico-artistico. Le tecniche ottiche per misurare la forma, associate alle più recenti tecnologie digitali di analisi dati, permettono l acquisizione di mappe topografiche e l elaborazione di modelli tridimensionali le cui applicazioni spaziano dal restauro digitale alla realizzazione di complessi scenari di realtà virtuali, dalla creazione di archivi digitali alla realizzazione di copie senza necessità di eseguire il calco. Per il rilievo tridimensionale il GBC ha sviluppato una serie di strumenti volti a coprire un largo spettro di volumi di misura con differenti risoluzioni, consentendo così l acquisizione della morfologia superficiale di una varietà di oggetti che vanno dalla struttura architettonica al reperto archeologico di piccole dimensioni, dalle statue ai dipinti. Per la gestione dei dati 3D, il GBC si avvale della collaborazione del Visual Computing Laboratory dell ISTI-CNR di Pisa.