Costruzione di immagini falso colore multispettrali tramite fluorescenza UV e imagine UV riflesso
Estensione dell’identificazione visiva nell’analisi pittorica
31º Convegno Annuale della JSCCP
⚪︎S Hamaya
Introduzione
Nel campo della conservazione e del restauro, l’utilizzo di immagini a falsi colori ottenute con radiazioni ultraviolette e infrarosse per l’analisi dello stato di conservazione delle opere pittoriche è stato oggetto di numerosi studi, con molte pubblicazioni di casi applicativi efficaci.[*1] Tuttavia, non esiste ancora una trattazione sistematica sulla possibilità tecnica di integrare l’immagine a fluorescenza ultravioletta―comunemente utilizzata nelle analisi di condizione―come componente nella ricostruzione di immagini a falsi colori.
In questo studio si è tentata la creazione di un’immagine a falsi colori multispettrale, combinando tre tipologie di immagini realizzate specificamente per la sintesi: luce visibile, ultravioletto riflesso e fluorescenza ultravioletta. I risultati hanno dimostrato che questo metodo consente di ottenere nuove informazioni visive basate sulle risposte ottiche dei materiali, diverse da quelle fornite dalle tradizionali immagini a falsi colori UV e IR.
La possibilità di evidenziare la distribuzione dei materiali costitutivi, spesso non distinguibili alla luce visibile, rende questa nuova tecnica di costruzione di immagini a falsi colori particolarmente promettente per l’analisi strutturale e la valutazione dello stato di conservazione.
Contesto
Per la preparazione delle immagini costitutive necessarie alla creazione dell’immagine a falsi colori, sono state effettuate riprese in luce visibile, fluorescenza ultravioletta e ultravioletto riflesso, tutte utilizzando pellicola fotografica in bianco e nero ai sali d’argento (Foto 1a, b, c). Come sorgente luminosa per la fluorescenza UV e l’UV riflesso è stata impiegata una lampada UV fluorescente (TOSHIBA FL20S BLB), mentre per le riprese in luce visibile è stata utilizzata una VITA-LITE®, una sorgente con distribuzione spettrale simile alla luce solare naturale. L’unificazione di tutte le sorgenti luminose su base fluorescente ha permesso di ridurre incongruenze e distorsioni nell’immagine finale dovute a differenze tra i tipi di sorgente e modalità di illuminazione (Tabella 1).
Successivamente, sono stati selezionati i negativi delle tre riprese il cui valore di densità sulla scala dei grigi allegata risultava coerente, e le immagini sono state digitalizzate con risoluzione uniforme. Con un software di elaborazione immagini, le tre immagini (visibile, UV riflesso, UV fluorescenza) sono state assegnate ai canali RGB per generare un’immagine a falsi colori (Foto 2). Tale procedimento si basa sui metodi comunemente adottati per la creazione di immagini a falsi colori con infrarosso e ultravioletto [*2] [*3] [*4].
Sono possibili sei combinazioni per l’assegnazione delle immagini ai canali RGB, ma la scelta più efficace per l’identificazione durante l’analisi dell’opera varia in base alla distribuzione e alla tecnica dei materiali costitutivi (Tabella 2).
Elenco delle figure
Figura 1.a, b, c: Varie immagini monocromatiche costituenti i componenti dell’immagine a falsi colori
Figura 1.a. Immagine in luce visibile
Figura 1.b. Immagine in fluorescenza ultravioletta
Figura 1.c. Immagine in ultravioletto riflesso
Tabella 1. Panoramica delle condizioni di ripresa
| Tipo di Ripresa | Fonte di Illuminazione | Filtro Applicato |
| Ripresa con luce visibile | VITA-LITE® 18W × 4 (5500K) | Nessun filtro (N/F) |
| Ripresa a fluorescenza UV | TOSHIBA FL20S BLB 20W × 4 | Kodak Wratten No. 2E |
| Ripresa con UV riflessa | TOSHIBA FL20S BLB 20W × 4 | HOYA U-360 (360 nm) |
Obiettivo: Tochigi Nikon UV-105mm f/4.5
Pellicola: ILFORD DELTA 100 (Sviluppo: TMX RS, processo normale)
Nota: È stato utilizzato lo stesso proiettore per tutte le riprese, sostituendo solo i tubi fluorescenti. L’angolo e la distanza di illuminazione sono stati mantenuti costanti.
Tabella 2. Panoramica della riassegnazione delle immagini ai canali RGB
| Immagine di origine | Riassegnazione ai canali RGB | |||||
| Immagine in luce visibile | R | R | G | G | B | B |
| Immagine UV fluorescente | G | B | R | B | R | G |
| Immagine UV riflessa | B | G | B | R | G | R |
Abbreviazioni: R = Canale rosso, G = Canale verde, B = Canale blu
Nota: La configurazione dei canali RGB più efficace per l’analisi varia in base alla distribuzione dei materiali e alle tecniche impiegate nell’opera. Nella Foto 2 è stata adottata la seguente configurazione, basata sull’ordine della distribuzione spettrale: Immagine in luce visibile → Canale rosso, Immagine UV fluorescente → Canale verde, Immagine UV riflessa → Canale blu
Figura 2. Immagine a falsi colori multispettrale ultravioletta
La Figura 2 presenta un’immagine a falsi colori ottenuta assegnando l’immagine in luce visibile al canale rosso, l’immagine di fluorescenza ultravioletta al canale verde e l’immagine di riflettanza ultravioletta al canale blu.
Questa composizione consente di identificare la distribuzione degli strati di vernice e le differenze nella composizione dei pigmenti utilizzati per i ritocchi, difficilmente distinguibili con la sola luce visibile.
In particolare, si osservano variazioni cromatiche evidenti tra diversi pigmenti bianchi—come bianco di piombo, bianco di zinco e bianco di titanio—nell’immagine a falsi colori, suggerendo la sua efficacia nel differenziare questi materiali.
Inoltre, materiali che mostrano una fluorescenza attenuata e appaiono scuri nelle immagini di fluorescenza UV possono comunque essere distinti nella composizione a falsi colori grazie alle variazioni nella riproduzione cromatica.
Confrontando questa immagine con altre immagini acquisite, è possibile ottenere una comprensione più accurata della distribuzione e della struttura dei materiali.
Il lavoro futuro si concentrerà sulla raccolta sistematica dei dati di risposta dei materiali pittorici per stabilire nuovi indicatori di riferimento.
Figura 3. Immagine in luce visibile
Figura 4. Immagine in fluorescenza ultravioletta
Figura 5. Immagine in falso colore UV
Figura 6. Immagine in falso colore IR
Immagini di riferimento e didascalie
Figura 4. Immagine in fluorescenza ultravioletta
Nelle immagini di fluorescenza UV, l’intensità della reazione fluorescente tende ad aumentare con l’invecchiamento dei materiali organici presenti nei materiali pittorici. Tuttavia, essa è fortemente influenzata dalla composizione dei pigmenti miscelati, rendendo difficile una classificazione cronologica basata solo sull’intensità della fluorescenza. Inoltre, le reazioni dei materiali negli strati inferiori e superiori possono sovrapporsi, provocando interferenze visive che richiedono il confronto con altre tecniche di ripresa.
Figura 5. Immagine in falso colore UV
Le immagini in UV riflesso consentono l’identificazione di informazioni superficiali non visibili nelle bande del visibile o dell’infrarosso. Tuttavia, la presenza di resine o leganti ad alto indice di rifrazione sulla superficie può ostacolare l’identificazione degli strati sottostanti. Sebbene molti pigmenti mostrino poche variazioni nelle immagini monocromatiche in UV riflesso, è possibile distinguere pigmenti bianchi di composizione diversa. Il bianco di piombo appare in bianco intenso, mentre il bianco di zinco e il bianco titanio appaiono con differenti densità di grigi. Nelle immagini in falso colore UV, quando l’elemento UV è assegnato al canale blu in un’immagine RGB, i pigmenti bianchi diversi dal bianco di piombo appaiono in varie tonalità di giallo, migliorando l’efficacia dell’identificazione.
Figura 6. Immagine in falso colore IR
Le immagini in falso colore IR sono generalmente ottenute assegnando l’elemento IR al canale rosso di un’immagine RGB. Sono efficaci nell’identificazione della distribuzione di pigmenti visivamente simili ma di composizione diversa che non possono essere distinti nel visibile.
| Immagine | Filtro utilizzato | Fonte di luce |
| Figura 3. Immagine in luce visibile | B+W UV/IR-CUT | Profoto Pro 5 PB head 1500W: x2 |
| Figura 4. Immagine in fluorescenza UV | Kodak Wratten No.12 + B+W UV/IR-CUT | Toshiba FL20S BLB 20W: x4 |
| Figura 5. Immagine in falso colore UV | B+W UV/IR-CUT (componente visibile) | Profoto Pro 5 PB head 1500W: x2 |
| Hoya U-360 (componente UV | Toshiba FL20S BLB 20W: x4 | |
| Figura 6. Immagine in falso colore IR | B+W UV/IR-CUT (componente visibile) | Profoto Pro 5 PB head 1500W: x2 |
| Kodak Wratten No.87 (componente IR) |
Kodak DCS760/ Tochighi Nikon UV 105 mm *
Fotografia e Elaborazione dei Dati Immagine
La fotografia e l’elaborazione dei dati immagine sono state effettuate su richiesta del National Institute of Information and Communications Technology (NICT), con l’obiettivo di produrre materiali fotografici di dipinti classici italiani per la spettroscopia terahertz.
Sintesi e Discussione
Questo studio ha confermato che le immagini cromatiche composte ottenute da immagini monocromatiche multispettrali permettono di identificare visivamente la distribuzione di pigmenti con composizioni differenti, difficilmente distinguibili con la sola luce visibile.
In particolare, è stato dimostrato che anche i pigmenti situati sotto lo strato di vernice―spesso difficili da distinguere nelle immagini di fluorescenza UV o di riflessione UV―possono essere riconosciuti in modo più chiaro tramite l’utilizzo di queste immagini composte.
In particolare, i pigmenti bianchi hanno mostrato differenze evidenti nelle risposte ottiche in funzione della loro composizione, sia nelle immagini di fluorescenza UV che in quelle di riflessione UV. Inoltre, nei casi in cui pigmenti bianchi con composizioni diverse coesistano nella stessa area e le reazioni degli strati di vernice o dei leganti interferiscano con l’interpretazione, l’uso di immagini composte come riferimento ausiliario ha facilitato l’identificazione dei pigmenti e migliorato la precisione delle informazioni ottenute.
In futuro, si prevede di stabilire un sistema di identificazione più sistematico basato su queste immagini composte, mediante la raccolta continua di dati sulle risposte ottiche da campioni di riferimento di pigmenti e leganti utilizzati nei dipinti.
Nota sulla Pubblicazione
Il presente articolo si basa sulla ricerca intitolata “Proposta di immagini multispettrali a falsi colori ultravioletti utilizzando immagini di fluorescenza UV,” presentata durante la sessione poster al 31° Convegno Annuale della Società Giapponese per la Conservazione dei Beni Culturali (13–14 giugno 2009, Kurashiki Geibunkan). È stato ristrutturato e pubblicato dall’autore per scopi informativi non commerciali.
riferimento bibliografico
- A. Aldrovandi, E. Buzzegoli, A. Keller, D. Kunzelman, Il falso d’autore indagato con tecniche non invasive. Rapporto preliminare sulle indagini svolte in Santa Maria della Scala di Siena durante la mostra “Falsi d’autore”, OPD Restauro, n. 17, 2005, pp. 265–272.
- A. Aldrovandi, E. Buzzegoli, A. Keller, D. Kunzelman, Indagini su superfici dipinte mediante immagini UV riflesse in falso colore, OPD Restauro, n. 16, 2004, pp. 83–87.
- A. Aldrovandi, R. Bellucci, D. Bertani, E. Buzzegoli, M. Cetica, D. Kunzelmann, La ripresa in infrarosso falso colore: nuove tecniche di utilizzo, OPD Restauro, n. 5, 1993, pp. 94–98.
- R. Williams, G. Williams, Medical and Scientific Photography: An Online Resource for Doctors, Scientists, and Students, available at: https://www.medicalphotography.com.au/ (accessed April , 2009).