Nuove Tecnologie

Nuove tecnologie di documentazione scientifica

Il Laboratorio di Tecniche Fotografiche Avanzate (TeFALab) è sempre attento alle nuove tecnologie e all’implementazione dei servizi con nuove metodologie e attrezzature che rispondano in modo efficace e personalizzato alle richieste degli utenti per le attività di ricerca scientifica e connesse all’offerta didattica.

Negli ultimi anni sono state aggiunte nuove attività proprio in relazione ai nuovi metodi di fotografia di documentazione scientifica applicati ai beni culturali.

RTI – Reflectance Tranformation Imaging

RTI è un sistema per la documentazione fotografica e l’analisi visiva della struttura superficiale di manufatti e di oggetti di piccole e medie dimensioni (da pochi cm a più di 2 m) tramite la modifica interattiva dell’angolo di incidenza dell’illuminazione mediante simulazione software (RTI Viewer).

Con la tecnica RTI è possibile esaminare nel dettaglio il rilievo della superficie mettendo in risalto ogni variazione di profondità delle tracce conservate, mediante il controllo preciso dell’angolazione e orientamento interattivo del fascio di luce (es. simulando la luce radente), e impiegando algoritmi matematici di miglioramento (enhancement) della riflessione speculare della superficie (metalized surface), che permettono di individuare particolari altrimenti difficili da distinguere dal solo esame visivo diretto.

La sessione di shooting prevede l’esecuzione di numerose fotografie dell’oggetto dallo stesso punto di vista mediante una fotocamera fissa, modificando ad ogni scatto l’angolo di illuminazione della sorgente luminosa (in genere una luce flash) rispetto al centro dell’oggetto, fino a comporre un emisfero di luce con asse polare coincidente con l’asse ottico di ripresa. Successivamente le fotografie opportunamente elaborate e allineate geometricamente vengono utilizzate per realizzare il modello RTI mediante il software RTI Builder utilizzando gli algoritmi di fitting HSH (Hemi-spherical Harmonics) o PTM (Polynomial Texture Mapping) [1].

Al termine dell’elaborazione è possibile analizzare il modello RTI dell’oggetto, utilizzando diversi algoritmi, sullo schermo dell’elaboratore e all’occorrenza registrare le immagini visualizzate, mediante il software RTI Viewer.

Fotogrammetria digitale automatica o fotomodellazione 3D – SFM

La continua evoluzione delle tecnologie digitali Image Based 3D, dei computer e dei software sempre più performanti per il rilievo, la modellazione, la gestione e la visualizzazione di modelli virtuali nel campo della computer vision, ha aumentato la diffusione e conseguentemente la richiesta di modelli virtuali 3D di oggetti reality-based. Con la tecnica fotogrammetrica digitale automatica (chiamata anche Fotomodellazione 3D o in qualche caso SFM – Structure from Motion) è possibile ricostruire la forma degli oggetti attraverso una serie di fotografie prese da varie angolazioni secondo metodi prestabiliti. La tecnica di calcolo gestita mediante software impiega specifici algoritmi per estrarre i parametri fotografici, effettuare la collimazione di punti omologhi dall’insieme di fotografie, determinando le coordinate spaziali dei singoli punti e ricostruendo la nuvola di punti che costituiscono l’oggetto nello spazio tridimensionale. Successivamente viene realizzato il modello 3D con la superficie poligonale o mesh, formata da un reticolo di triangoli o quadrilateri che costituisce il solido. Il modello poligonale dopo un’operazione di adattamento, può essere texturizzato per una sua visualizzazione fotorealistica (Russo et al., 2011) ed esportato nei diversi formati, es. Wavefront Techonologies OBJ ed importati su una piattaforma online, quale Sketchfab per l’utilizzo e l’interazione virtuale attraverso il web. Questo permette di osservare, analizzare, misurare, interpretare l’oggetto interattivamente da remoto, sotto ogni angolazione mediante la rotazione o l’ingrandimento del modello 3D.

Focus Stacking

Quando si devono fotografare oggetti di piccole e piccolissime dimensioni si deve ricorrere alla fotografia macro. Uno dei problemi principali è dovuto alla ridotta profondità di campo (PdC) che diminuisce in modo direttamente proporzionale alla riduzione della distanza di messa a fuoco tra camera e soggetto. Per aumentare la PdC è necessario chiudere il diaframma, ma la chiusura oltre certi valori causa un aumento della diffrazione che porta ad un progressivo peggioramento della nitidezza dell’immagine. Con la tecnica di focus stacking è possibile estendere la messa a fuoco del soggetto in un campo che abbraccia tutta la dimensione di profondità dello stesso, permettendo di ottenere immagini di altissima qualità con una PdC teoricamente “infinita”. Questo è possibile attraverso una serie di fotografie eseguite anche con diaframma relativamente aperto (su valori ottimali di resa ottica dell’obiettivo, es. f-1:8), spostando il piano di messa a fuoco lungo tutta la profondità del soggetto e importando le fotografie con il software Helicon Focus che permette di elaborare l’immagine finale.

Riflettografia UV

Documentazione fotografica in Fluorescenza Ultravioletta per l’analisi della superficie illuminata con radiazione ultravioletta di tipo UVA, a ca. 360 nm mediante tubi U.V. (Philips L18/73), e indagare i fenomeni di fotoluminescenza, in particolare di fluorescenza. L’applicazione permette di analizzare materiali non distinguibili a luce visibile, nel caso di manoscritti, è possibile rendere leggibili scritture cancellate o molto sbiadite. L’inchiostro dei manoscritti può essere composto o meno da materiale organico e anche il supporto nel caso della pergamena ha origine organica. I materiali organici hanno la proprietà di essere fluorescenti quando vengono illuminati dalla radiazione ultravioletta. Questo avviene in modo differenziato tra inchiostro e supporto, permettendo, quando l’inchiostro non sia stato completamente cancellato per via meccanica o chimica, di fotografare le tracce di testi sbiaditi e cancellati che risultavano non distinguibili in luce visibile.

Cross Polarized Light

La luce polarizzata piana (plane polarised light, PPL: con un polarizzatore o due polarizzatori paralleli) e la luce polarizzata incrociata (crossed polarized light, XPL: con due polarizzatori incrociati a 90°), permette l’analisi delle componenti mineralogiche e non di sezioni sottili (TS), resa possibile dal passaggio della luce trasmessa attraverso nicols (polarizzatori), i quali rendono possibile la polarizzazione della luce.

Con lo scanner modificato è possibile digitalizzare le sezioni sottili (TS) di campioni di suolo per l’analisi delle pedofeatures o di altro materiale, con risoluzioni molto elevate (1200 ppi, 2400 ppi e 3200 ppi) con luce polarizzata linearmente (PL) e con luce a polarizzatori incrociati (XPL), rivelando così le caratteristiche della struttura e dell’organizzazione non evidenti a livello microscopico in luce visibile.

Attraverso l’osservazione in PPL si osservano: il colore dei minerali e il loro pleocroismo; l’abito dei minerali e la forma delle particelle; la sfaldatura dei minerali; il loro indice di rifrazione; la struttura generale del materiale e la sua porosità. In XPL sono invece visibili l’isotropia o anisotropia dei minerali e, nel secondo caso, la birifrangenza della sostanza, rappresentata dal colore d’interferenza.

 

[1] – RTI è stato inventato da Tom Malzbender e Dan Gelb, ricercatori alla Hewlett-Packard Labs.