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Università di BolognaUniversità di BolognaDipartimento di FisicaDipartimento di Fisica

Viale Berti Pichat, 6/2 – 40127 BolognaViale Berti Pichat, 6/2 – 40127 Bolognae-mail: mariapia.morigi@unibo.ite-mail: mariapia.morigi@unibo.it

Tecniche di Imaging Multispettrale per i

Beni Culturali

Morigi Maria Pia

2Onde

elettromagnetichePer radiazione elettromagnetica si intende la propagazione nello spazio di campi elettrici e magnetici, variabili nel tempo, generati da cariche o correnti oscillanti, strettamente intercorrelati fra loro.

Tale propagazione avviene con trasporto di energia, ha carattere ondulatorio e quindi è caratterizzata da , , da un periodo e da una velocità di propagazione, che nel vuoto è c.

3Spettro elettromagnetico

4L’immagine

Immagine: rappresentazione di un oggetto ottenuta tramite una appropriata “illuminazione”

Immagine: misura della intensità riflessa (o trasmessa) della radiazione utilizzata per ottenere l’immagine stessa–SORGENTE + OGGETTO + SISTEMA DI RIVELAZIONE

5Le onde

m

sec

T

= lunghezza d’onda : è la minima distanza tra due picchi (o tra due punti qualsiasi che oscillano in fase)

T = periodo : è il tempo impiegato per compiere un’oscillazione completa

6Le onde

La frequenza v = è l’inverso del periodo: =1/T

In pratica, è il numero di oscillazioni complete nell’unità di tempo Si misura in Hz (1 Hertz = 1 sec-1).

m

sec

T

7Le onde

m

sec

T

E l’onda rossa? E l’onda blu?

1 2 3 4

Trossa = 4 s; rossa= 0.25 HzL’onda rossa vibra più lentamente della verde, quella blu più velocemente

Tblu = 1 s; blu=1Hz

8Le onde

Fra queste onde quale pensate sia più energetica?Le onde che vibrano più velocemente sono più energetiche, quindi quelle a maggior frequenza hanno maggiore energia!

E = h v = / T v = ·

N.B. se si tratta di un’onda emla velocità nel vuoto è c

9Le onde elettromagnetiche

m

sec

T

L'energia E portata da un quanto di radiazione elettromagnetica è direttamente legata alla frequenza dell'onda portante dalla formula fondamentale:

E = h

h è la costante costante di Planck (h = 6,62 * 10-34 Js) è la frequenza dell’onda em

1900: Max Planck ebbe la grande idea che l'emissione delle onde em non fosse continua, ma che avvenisse a sprazzi, per una piccola quantità che chiamò "quanto".

10Intensità e colore della luce L'intensità di un'onda elettromagnetica è l'energia che passa attraverso un'area

unitaria nell'unità di tempo e si misura in watt/m2: è cioè l'energia che attraversa in ogni secondo una superficie di un metro quadrato.

Si può dimostrare che l'intensità è proporzionale al prodotto delle ampiezze del campo elettrico e del campo magnetico; siccome questi ultimi due sono proporzionali tra loro, in ultima analisi l'intensità è proporzionale al quadrato dell'ampiezza del campo elettrico.

Aumentare l’intensità del fascio luminoso equivale ad aumentare il numero di fotoni, i quali, tuttavia, mantengono singolarmente la stessa energia.

Al variare della frequenza cambia il colore della luce.

m

sec

T

A

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La luce è un'onda elettromagnetica che si propaga nello spazio e nel tempo con una certa lunghezza d'onda e frequenza

La luce è un fascio di fotoni che si propagano nello spazio e nel tempo con una certa energia E

- maggiore lunghezza d'onda minore frequenza minore energia

- minore lunghezza d'onda maggiore frequenza maggiore energia

COLORE: frequenza dell'onda (o lunghezza d'onda) o energia del fotone

INTENSITA': ampiezza delle onde A o numero di fotoni

Dualismo onda-particella

fotoni

E

m

sec

T

A

12I Colori

Ad ogni colore corrisponde un’onda elettromagnetica di diversa lunghezza d’onda

onda blupiccola lunghezza d’onda

onda rossagrande lunghezza d’onda

onda verdelunghezza d’onda intermedia Colore (nm)

13I Colori

il "bianco" riflette quasi tutta la luce, il "nero" assorbe gran parte della luce.

• Vediamo un oggetto di un determinato colore perchè esso assorbe tutti gli altri colori tranne quello !

• Il bianco è l’insieme di tutti i colori, il nero è l’assenza di colore. Quindi il nero non è un colore!

14COLORIMETRIA

L’esperimento di Newton mise in evidenza che l’energia luminosa appare all’occhio umano con colori diversi a seconda della sua lunghezza d’onda e diede la possibilità di ottenere i colori spettrali. Poiché questi ultimi non includevano tutta la gamma delle tonalità di colore esistenti in natura, si presentò il problema di come ottenere tutti gli altri colori. Indagini successive portarono vari studiosi alla conclusione che tutti i colori potevano essere ottenuti mediante sovrapposizione di tre opportuni colori base.

Modello di Young (1820): tutti i colori possono essere ottenuti mediante la sovrapposizione di tre colori primari:

red, green, blue: RGB

15Sintesi additiva

Oggi la teoria del tristimolo, che spiega la percezione visiva dei colori, è ampiamente accettata.

Il sistema RGB ne costituisce la formalizzazione quantitativa

16Sintesi additiva

L’intensità delle 3 sorgenti veniva variata fino ad ottenere un colore bianco esattamente uguale, in termini di percezione visiva, a una luce bianca di riferimento.

La luce bianca si realizzava per una miscela R:G:B nei rapporti 1 : 4.6 : 0.06

17RGB vs CMY

Sintesi additiva

(luce)

Sintesi sottrattiva

(pigmento)

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IL CCD e le immagini digitali

19Analogico-Digitale La definizione classica di "analogico" e "digitale" è quella che segue:

– Un segnale analogico è un segnale che varia in maniera continua nello spazio o nel tempo.

– Un segnale digitale è un segnale che varia in modo discreto.

La meridiana a sinistra segna non solo le ore, i minuti ed i secondi, ma anche ogni altro tipo di frazione vogliamo immaginare: i mezzi secondi, i decimi, i centesimi e così via. Per quanto possa essere difficile per l'occhio distinguere i vari istanti, noi sappiamo che la meridiana passa in modo continuo per ogni istante di tempo noi possiamo immaginare.Invece l’orologio digitale in alto segnerà le ore, i minuti, ed i secondi, facendo scattare i secondi uno ad uno; noi non vediamo i mezzi secondi, i decimi e così via: dalle 10:10:01 alle 10:10:02 (per esempio) l'orologio segnerà sempre le 10:10:01

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Segnale Continuo Segnale Quantizzato

Analogico-Digitale

21Il codice Binario

La convenzione che fa corrispondere all'associazione di bit un'informazione è detta codifica

Cosa possiamo rappresentare con 1 bit?

– Con 1 solo bit possiamo rappresentare un'informazione sola che può essere di due tipi/stati: 0 oppure 1

Esempio;

– Con 1 bit possiamo immagazzinare l'informazione giorno/notte codificando (per esempio) il giorno con lo 0 e la notte con 1

– E se usassimo 2 bit? Potremmo inserire le informazioni relative alla mattina al pomeriggio e alla sera: 4 possibili stati

1° bit 2°bit

Mattina 0 0

Pomeriggio 0 1

Sera 1 0

Notte 1 1

1° bit

Mattina 0

Notte 1

1 informazione con 2 possibili stati1 informazione con 4 possibili stati

22La risoluzione in bit

Più bit usiamo più l'informazione è dettagliata!!! inglese "digit" = cifra / numero

il computer è in grado di gestire l'informazione in forma digitale: cioè il linguaggio con cui comunica è il linguaggio numerico binario: il bit

il bit (binary digit) è la più piccola unità di informazione che un computer sia in grado di gestire.

un byte è composto da 8 bit consecutivi: un byte può assumere tutti gli stati da 00000000 a 11111111, con tutte le situazioni intermedie, per un

totale di 256 diverse combinazioni (2×2×2… 8 volte =256) con cui esprimere l'informazione

Bianco e nero(2 livelli)

4 livelli( 2 bit)

64 livelli(6 bit)

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Pellicola o……sensore CCD

otturatore

diaframma

La camera CCD

In una macchina fotografica tradizionale la superficie del film esposta alla luce giace su un piano posto di fronte all'otturatore.

Se sostituiamo il film con un sensore CCD otteniamo una camera CCD. La superficie del sensore è paragonabile a quella di un'emulsione fotografica: alla

matrice dei pixel corrisponde la grana dell'emulsione. La differenza più macroscopica è la dimensione del sensore generalmente

utilizzato nelle camere CCD non professionali: poche decine di millimetri quadrati, rispetto agli 864 mm2 del campo di una pellicola 24x36.

!

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CAMERE CON SENSORE CCD

Esempio di sensore CCD

Matrice di fotorivelatori a stato solido, cresciuti su una comune base di silicio.

A ciascuno di questi microscopici rivelatori corrisponde un singolo elemento dell’immagine (pixel).

25Il CCD (Charge-Coupled Device, ossia dispositivo ad accoppiamento di carica) è nato presso i laboratori Bell di Murray Hill, New Jersey, già luogo di nascita del transistor. Verso la fine del 1969, Bill Boyle e George Smith, ricercatori impegnati nella ricerca di nuovi metodi di acquisizione delle immagini tramite cristalli di silicio, scoprirono quasi per caso il CCD. Il CCD è un dispositivo caratterizzato da una matrice di microscopiche regioni di forma quadrata o rettangolare, disposte a scacchiera sulla superficie di un cristallo di silicio, opportunamente trattato e integrato in un dispositivo comunemente chiamato microchip (tecnologia MOS).Tali regioni, molto sensibili alla luce, denominate pixel (picture element), sono ricavate direttamente nel silicio e disposte come mattonelle di un pavimento, troppo piccole per essere osservabili ad occhio nudo.

DISEGNO DI UN MICROCHIP

26

L’interazione dei fotoni con il CCD provoca la liberazione di elettroni per effetto fotoelettrico. Durante la fase di esposizione i fotoelettroni vengono accumulati in ciascun pixel. Quindi sulla superficie del sensore andrà formandosi una precisa mappa elettronica dell'immagine dell'oggetto ripreso. Il passo successivo consiste nel trasferimento della carica. La carica accumulata in ciascun pixel viene trasferita sequenzialmente, con l’ausilio di varie tecniche, ad un registro di lettura. Questa operazione viene effettuata manipolando in maniera sistematica la differenza di potenziale tra i pixel, in modo tale che il segnale costituito dagli elettroni si muova lungo i registri verticali da un pixel al successivo, come se viaggiasse su un nastro trasportatore.

STRUTTURA DEL CCD

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN CCD

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Il registro di lettura accumula una riga alla volta e quindi trasporta il pacchetto di cariche in modo sequenziale ad un circuito amplificatore interno. L'operazione finale, la rivelazione delle cariche, avviene quando i singoli pacchetti di cariche vengono convertiti in un voltaggio d'uscita. Il voltaggio di ciascun pixel può essere amplificato da un amplificatore esterno, codificato in modo digitale e “trasformato“ in una sequenza numerica di bit, ovvero in un ben determinato tono (livello) di grigio. L’immagine digitale così ottenuta, che prende il nome di light frame, sarà quindi trasferita in un computer e visualizzata su un monitor.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN CCD

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Dopo la chiusura dell'otturatore (1) il chip, che ha registrato nei singoli pixel le variazioni di carica dovute all'impatto dei fotoni, è pronto a trasmettere l'informazione (i pixel sono colorati in verde; le stelline rosse rappresentano le cariche generate dai fotoni). L'informazione contenuta nella prima riga di pixel si sposta simultaneamente nel registro seriale (2) dove viene raccolta ed inviata sequenzialmente all'uscita (3, 4). Quando il registro seriale si svuota, viene caricata la seconda riga di pixel e il processo riparte dal punto 2. Una volta che tutti i registri sono vuoti, l'otturatore può essere riaperto per cominciare la registrazione di una nuova immagine.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN CCD

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- La luce, composta a sua volta dai singoli fotoni provenienti dall'oggetto inquadrato, viene “catturata” dalla superficie del sensore.

- ciascun pixel raccoglierà una quantità di luce proporzionale alla durata dell'esposizione e all'intensità del flusso luminoso incidente in quel punto.

Quando si fa una ripresa con una fotocamera..

30Immagini digitali: immagine in livelli di grigio

L’immagine è rappresentata come una

matrice.

La matrice è un griglia logica di elementi

(PIcture X ELement) organizzati in righe e

colonne.

Ogni immagine è definita dal numero di righe e dal numero di

colonne.

Ogni PIXEL contiene un numero (8bit=0255)

che è proporzionale all’intensità luminosa in quel punto (numero di

fotoni)

n°Righe

n°Colonne

31Immagini digitali: immagine in livelli di grigio

zoom

N°Righe=15, n°Colonne=15, scale=8 bit

Esempio:

L’immagine è rappresentata come una

matrice.

La matrice è un griglia logica di elementi

(PIcture X ELement) organizzati in righe e

colonne.

Ogni immagine è definita dal numero di righe e dal numero di

colonne.

Ogni PIXEL contiene un numero (8bit=0255)

che è proporzionale all’intensità luminosa in quel punto (numero di

fotoni)

32Immagini digitali: immagine a coloriEsempio:

Ogni PIXEL contiene una tripletta di numeri,

ogni valore è proporzionale

all’intensità luminosa in quel punto (numero di

fotoni) relativa ai tre colori RGB

n°Righe

n°Colonne

33Immagini digitali: immagine a coloriEsempio:

Ogni PIXEL contiene una tripletta di numeri,

ogni valore è proporzionale

all’intensità luminosa in quel punto (numero di

fotoni) relativa ai tre colori RGBGeneralmente si usano 24 bit:

8bit R + 8bit G + 8bit B

(255,0,0)rosso

(0,0,255)blu

(0,255,0)verde

(0,0,0)nero

(255,255,255)bianco

(255,0,255)magenta

Per esempio un verde più scuro potrebbe essere

(0,130,0)

(255,255,0)giallo

34L'istogramma

L’istogramma dei livelli di grigio di un’immagine è una funzione che mostra, per ogni livello di grigio, il numero di pixel che hanno quel determinato livello di grigio.

0 255

121

35L'istogramma

L’istogramma può essere usato per effettuare elaborazioni sull'immagine:– Miglioramento della visualizzazione (stretch)– Sogliatura (min/max)

0 255

36L'istogramma

L’istogramma può essere usato per effettuare elaborazioni sull'immagine:– Miglioramento della visualizzazione (stretch)– Sogliatura (min/max)

0 255

255

37L'istogramma

L’istogramma può essere usato per effettuare elaborazioni sull'immagine:– Miglioramento della visualizzazione (stretch)– Sogliatura (min/max)

Min=128 Max=255

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Tecniche di Imaging MultiSpettrale nei Beni Culturali

• Tricromia in falso colore

• Ripresa di immagini digitali a colori

• Riflettografia infrarossa

• Fluorescenza ultravioletta

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VERNICE

STRATO PITTORICO

DISEGNO

PREPARAZIONE

SUPPORTO

UV VIS IR RX

Capacità di penetrazione della radiazione

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Per l’imaging multispettrale vengono spesso utilizzate camere con sensore di tipo CCD, che hanno una sensibilità estesa che va da 300 nm fino a circa 1000 nm.

L’occhio umano è sensibile alla luce compresa tra 400 e 750 nm

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Il disegno e il colore sono le prime caratteristiche immediatamente evidenti di un dipinto.

Nonostante ciò, non è assolutamente banale

ottenere una buona immagine di un’Opera d’Arte.

D’altra parte, una ricostruzione fedele dell’immagine dell’Opera è essenziale per ogni forma di documentazione, sia preliminare che successiva ad un eventuale intervento di conservazione e restauro, ed è anche fondamentale per il suo studio e la sua fruizione.

42Un’immagine digitale a colori può essere ottenuta attraverso la sovrapposizione di tre immagini acquisite sequenzialmente nelle bande spettrali fondamentali RGB (Red, Green e Blue – sintesi additiva)Le tre immagini nel rosso, verde e blu si ottengono interponendo un filtro passa-banda di fronte al sensore. Tutta la risoluzione del sensore viene sfruttata per ogni banda. Inoltre, le caratteristiche di esposizione e messa a fuoco

possono essere ottimizzate indipendentemente per ogni banda. Anche le variazioni di illuminazione esterna possono essere compensate in maniera oggettiva e riproducibile.

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Acquisizione RGB

B G R

44

La possibilità di selezionare la banda spettrale di acquisizione dell’immagine può portare ad un miglioramento del contrasto dell’immagine.

APPLICAZIONE IMAGING MULTISPETTRALE AI DIPINTI

45R

itocc

hi

La risoluzione spettrale dell’immagine permette l’identificazione di zone ritoccate non altrimenti visibili a occhio nudo

Madonna con Bambino (XVI secolo)Antiquarium Arborense, Oristano

Le parti ritoccate appaiono come zone di diverso colore nell’immagine risolta spettralmente

RGB

IR

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Tecniche diagnostiche in infrarosso per immagini: riflettografia e termografia.

RIFLETTOGRAFIA

INFRAROSSO: lunghezze d’onda da 7x10-7 m a 10-3 m

Trasparenza di alcuni pigmenti e leganti pittorici nel vicino infrarosso (0.7 - 2.5 m)

TERMOGRAFIA Emissione di radiazione di corpo nero da parte di oggetti a temperatura ambiente in alcune bande del medio-lontano infrarosso.

Si basa su

Si basa su

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La riflettografia infrarossa

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La riflettografia infrarossa

La riflettografia infrarossa (IR) è una tecnica ottica, utilizzata per visualizzare, soprattutto nei dipinti antichi, la superficie della preparazione sottostante agli strati di pittura. La tecnica risale agli anni '30, ed iniziò come fotografia IR; una svolta si ebbe negli anni '60 con l'inizio dell'uso di telecamere a tubo Vidicon. La riflettografia si serve infatti della radiazione nel vicino infrarosso, nell'intervallo di lunghezze d'onda comprese tra 1 e 2 micron.

Riflettografia Infrarossa

Il principio

supporto

preparazione

colore

0.5÷1 mm

10÷100 m

VIS IR

La riflettografia IR consente di registrare immagini nell’infrarosso, dette riflettogrammi, aventi l’aspetto di fotografie in bianco e nero, da cui è possibile interpretare il disegno realizzato dall’autore sullo strato preparatorio dell’opera. Ciò avviene per via della trasparenza dello strato pittorico alla radiazione nell’infrarosso vicino. La radiazione IR attraversa lo strato di colore, raggiunge il fondo, viene retrodiffusa verso l’esterno ed è rivelata dalla telecamera.

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Con questo metodo di indagine si possono:

Riflettografia Infrarossa

• mettere in evidenza pentimenti e/o ritocchi (sia in fase di disegno che di stesura pittorica)

• si possono rilevare scritte, firme e date, sottostanti in origine allo strato pittorico, oppure coperte da successive operazioni di restauro.

• ottenere informazioni sulla tecnica dell'autore e sul mezzo grafico impiegato per il disegno preparatorio (uso del carboncino o del pennello nella stesura del disegno)

51Strumentazione per riflettografia

IRLa pellicola infrarossa in bianco e nero, una volta di largo uso per questo tipo di indagine, è stata oggi sostituita da sistemi commerciali basati su telecamere a CCD di tipo standard, in bianco e nero, oppure da particolari telecamere con tubo Vidicon al solfuro di piombo, sensibili fino a lunghezze d’onda della radiazione di 2200 nm circa. Di ingombro contenuto e maneggevoli, le telecamere collegate ad un monitor permettono una visualizzazione immediata del risultato, vantaggio non indifferente che ne rende semplice l’impiego in situ.

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Per i Vidicon:• distorsioni geometriche in alcuni casi non trascurabili, limitata risoluzione spaziale e scarsa capacità di registrare un’adeguata gamma di toni di grigio costituiscono i tre principali difetti e limitano l’utilizzo di questa strumentazione come mezzo di studio e ricerca. Per le telecamere CCD:• ridotta banda spettrale di analisi, che non supera il limite di 1.1 micron ed impedisce di fatto di vedere al di sotto di molti tipi di pigmento, rendendo la riflettografia a telecamera, per quanto economica come metodo di analisi, una tecnica a volte insufficiente nei risultati.

Strumentazione tradizionale per riflettografia IR: limitazioni

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Lo scanner per riflettografia infrarossa

Si tratta di un sistema a scansione meccanica, che utilizza un sensore sensibile alla radiazione IR nella banda di lunghezze d'onda comprese tra 1 e 1.7 micron, restituendo immagini ad alta risoluzione e con più di 4000 toni di grigio. Questa grande dinamica consente la ripresa di riflettogrammi di elevato contrasto e ad alto contenuto di informazione, permettendo agli esperti del settore di disporre di immagini con notevole risoluzione di dettaglio e con le più delicate sfumature di grigio.

54Lo scanner per riflettografia

infrarossaLo scanner per riflettografia IR è composto da una coppia di assi di traslazione ortogonali e da una testa ottica posizionata sulla traslazione verticale. La superficie del dipinto viene ispezionata con una risoluzione spaziale di 4 pixel/mm. Sulla testa ottica vi sono un obbiettivo, un fotodiodo per IR ed il sistema di illuminazione. Dal momento che il sistema di illuminazione si muove solidalmente con la testa ottica, l'uniformità dell'illuminazione è assicurata su tutta l'immagine.

55Scanner per riflettografia Scanner per riflettografia

IRIR Risoluzione: 4x4 pti/mm2

Sensibilità spettrale: 0.9 1.7 m + RGB

Gamma tonale: migliaia di livelli di grigio

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Ripresa IR con scanner a singolo elemento

0.25 mm (101.6 dpi)

La Riflettografia Infrarossa

57Confronto tra “ieri” e “oggi”

Vid

icon

CC

D ca

mera

IR s

cann

er

58Esempi di applicazione della

riflettografia IR

Particolare della pala "Madonna col Bambino e Santi”, realizzata da Matteo di Giovanni per la cattedrale di Pienza.

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Il pittore si serve del disegno preparatorio per segnalare sul gesso della preparazione ogni necessario passo successivo che dovrà portare dall’abbozzo all’opera finita. La testa del personaggio viene prima delineata nei suoi particolari esterni ed interni, probabilmente sulla base di un disegno di riferimento su carta; infine, con alcuni veloci tratti a carboncino, vengono segnalate le zone d’ombra.

Esempi di applicazione della riflettografia IR

60

Se si sovrappongono le due immagini, quella in IR e quella visibile, vediamo che le zone di ombra dello scavato volto del prelato corrispondono esattamente al tratteggio, alla sua disposizione sul piano, alla sua differenziata intensità. L’immagine in IR dimostra come il disegno sottogiacente ubbidisse a tecniche e a regole dettate dalla sua specificità di utilizzo.

Esempi di applicazione della riflettografia IR

61Riflettografia IR

La ripresa riflettografica in IR permette di rilevare tra il volto e la prima croce un dipinto sottostante.

Luca Signorelli: Crocifissione

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La Galleria Borghese di Roma e

L'Istituto Nazionale di Ottica Applicata (I.N.O.A.)

hanno presentato nel 2002 i risultati di ricerche effettuate su

due importanti dipinti della stessa Galleria: il San Giovanni Battista del Bronzino e la Madonna con Bambino e San Giovannino di

controversa attribuzione a Giulio Romano oppure al Raffaello.

La Riflettografia Infrarossa

63La Riflettografia InfrarossaIl San Giovanni Battista del Bronzino

64il San Giovanni Battista del Bronzino

Particolare 1:1

Ingrandimento 2:1

Ingrandimento 4:1

Ingrandimento 8:1

La Riflettografia Infrarossa

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L'autore aveva utilizzato una tavola sulla quale aveva in origine disegnato un ritratto mediceo.

Si vede un giovane con un colletto a pizzo, la mano sinistra vicino al bordo inferiore mentre regge tra le dita dei fogli di un volume e con l'altra mano s'accinge a scrivere tenendo una penna tra le dita.

La Riflettografia InfrarossaIl San Giovanni Battista del Bronzino (~1550)

Che il Bronzino abbia trasfigurato un ritratto cortese in una figura di Santo sulla stessa tavola mostra la intercambiabilità tra soggetti mondani e religiosi.

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Per un confronto tra il San Giovanni Battista della Galleria Borghese con gli altri ritratti dipinti del Bronzino merita particolare attenzione quello del bel giovane biondo Lodovico Capponi che si trova nella Frick Collection a New York.

il San Giovanni Battista del Bronzino

Tale dipinto, datato tra il 1550 ed il 1555 circa, mostra infatti tratti fisiognomici molto simili nella proporzione della testa, nell'asse degli occhi leggermente discendente verso l'esterno, nella forma fiorente ma non troppo della bocca, nel naso e nelle sopracciglia.

Infine, anche la capigliatura bionda a riccioli vivaci risulta comune nei due volti.

Se questa lettura fosse condivisa, si può identificare nel disegno sottostante il S. Giovanni Battista della Galleria Borghese un ritratto di Lodovico Capponi nello stesso periodo della Frick Collection di New York.

La Riflettografia Infrarossa

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È un dipinto attribuito a Giulio Romano, ma recentemente riassegnato a Raffaello, come già era nell'inventario del 1833. Esso costituisce un'opera di straordinario interesse per la critica dell'attività del tardo Raffaello e dei diretti eredi del suo studio.

Madonna con Bambino e San Giovannino

Foto in Luce visibile Foto in IR

La Riflettografia Infrarossa

68

In questo caso le indagini riflettografiche hanno confermato la presenza di un disegno sottostante da attribuire alla mano di Raffaello.

Ricorda, per il simile aspetto, un disegno su carta di Raffaello del 1512 circa che si trova ad Oxford, nell' Ashmolean Museum. Tale disegno "oxfordiano" è stato già messo in relazione col dipinto della Galleria Borghese da Konrad Oberhuber nel 1999, e questa intuizione viene confermata pienamente dalla riflettografia ora eseguita.

La Riflettografia InfrarossaMadonna con Bambino e San Giovannino

69La Riflettografia InfrarossaMadonna con Bambino e San Giovannino

70

Le riflettografie eseguite consentono inoltre di distinguere il tratto del disegno della Madonna con Bambino di Raffaello da quello più lento e rigido del San Giovannino che appartiene ad una fase successiva della realizzazione dell'opera.

Da un'immagine di Raffaello che tratta soltanto il tema dell'affetto tra la Madonna ed il Figlio, un seguace del Sanzio ha viceversa sviluppato una "storia", quella del gioco dei fanciulli cugini.

Infatti il San Giovannino, lo sfondo ed il cagnolino sono attribuiti ad una mano diversa: un qualche allievo della stretta cerchia di Raffaello, non necessariamente Giulio Romano. Questi si distingue per un tratto di disegno più brillante rispetto a quello emerso nella radiografia, ma Giulio Romano sembra aver comunque influenzato il forte chiaroscuro e l'ambientazione dello sfondo dell'immagine. La datazione del dipinto ancora incompiuto in alcuni tratti del San Giovannino, va collocato tra il 1520 (morte di Raffaello) e il 1527 (Sacco di Roma).

Madonna con Bambino e San GiovanninoLa Riflettografia Infrarossa

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Madonna in adorazione del Bambino con San Giovannino, Vittore Carpaccio Riflettografia a cura dell'INOA di Firenze

La Riflettografia Infrarossa

72

Madonna in adorazione del Bambino con San Giovannino, Vittore Carpaccio In collaborazione con l'Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA) di Firenze

La Riflettografia Infrarossa

Le indagini riflettogarfiche eseguite da Paolo Spezzani (scanner INOA) hanno, invece messo in luce le differenze tra il disegno preparatorio e il dipinto finito. Esse interessano il capo della Vergine che nel disegno risulta più ruotato verso sinistra, mostrando parte della gota e dell’occhio destro; i capelli del san Giovannino, più fluenti sulla fronte rispetto al dipinto; la presenza di babbucce ai piedi del Bambino, scalzo nella stesura definitiva dell’opera; l’esistenza di uno stipite della finestra celato poi dall’azzurro del cielo e dal paesaggio.

73

L’uso di tecniche di imaging MultiSpettrale può esaltare la leggibilità di manoscritti e testi degradati, attraverso un’opportuna ottimizzazione del contrasto tra testo e substrato.

74Applicazioni a manoscritti e

libri a stampa

Scritte acide

75Applicazioni a manoscritti e

libri a stampa

Scritte acide

76Applicazioni a manoscritti e

libri a stampa

Documento coperto da muffe

77Applicazioni a manoscritti e

libri a stampa

Codice palinsesto, conservato presso la Biblioteca Nazionale Universitaria di Torino e gravemente danneggiato in occasione dell’incendio che devastò la Biblioteca nella notte tra il 25 e il 26 gennaio del 1904, distruggendo gran parte della sua raccolta di manoscritti.

Codice ms. C.V. 25 c.53

78Applicazioni a manoscritti e

libri a stampaDopo l’incendio, del codice erano rimasti 5 blocchi agglutinati, ciascuno dei quali si presentava come un piccolo ammasso di pergamena in parte carbonizzata, con i fogli fusi insieme così da formare un tutto compatto.L’alta temperatura del fuoco, insieme a quella bassa dell’acqua di spegnimento, avevano provocatouna rapida e violenta contrazione delle pergamene, che

aveva drasticamente ridotto le dimensioni dei fogli e in parte trasformato la pergamena in gelatina. L’uso di sostanze, quali il formolo e il tannino, allo scopo di arrestare i processi putrefattivi sviluppatisi all’interno dei fogli a causa del permanere in loro di acqua, aveva reso la pergamena dura, vitrea e molto fragile.

79Applicazioni a manoscritti e

libri a stampaI blocchetti furono affidati per il restauro al Laboratorio interno della Biblioteca, inaugurato nel 1905 e primo in Italia.Nel Laboratorio i blocchetti vennero aperti e i fogli distesi; inoltre le pergamene intaccate dai microrganismi vennero restaurate e consolidate.

Attualmente il codice è composto da 30 dei 121 fogli che lo costituivano originariamente, illeggibili dall’occhio umano e con sistemi tradizionali.

80Applicazioni a manoscritti e libri a stampa

Le soluzioni tecnologiche oggi disponibili permettono di recuperare sia la scrittura superiore sia quella inferiore.

Il testo più recente, datato 1428, consiste nella Grammatica di Manuele Moscupolo ed è attribuibile alla mano del copista greco Georgios Baiophoros.

81Applicazioni a manoscritti e libri a stampa

La scrittura inferiore, in maiuscola databile al IX secolo, riporta alcuni passi dell’ Ecclesiaste.

82Altre applicazioni della radiazione IR

Papiri fortemente anneriti o bruciati

Frammenti di papiri carbonizzati rinvenuti a Petra (Giordania) nel dicembre 2003.

83Altre applicazioni della radiazione IR

Papiri fortemente anneriti o bruciati

Immagine all’infrarosso di uno dei papiri rinvenuti a Petra.

84INFRAROSSO IN FALSI COLORI (TRICROMIA IN FALSO COLORE)

Un’immagine in tricromia a falsi colori si può realizzare per via elettronica tramite un’acquisizione delle tre bande verde, rosso e infrarosso con una telecamera CCD e la successiva restituzione RGB tramite PC.

L’indagine in falso colore si basa sul fatto che pigmenti, cromaticamente simili nel visibile, ma di diversa natura chimica, possono apparire nell’immagine in falsi colori ben differenziati se hanno un diverso comportamento spettrale nell’infrarosso.

Un caso molto evidente è dato dal comportamento dell’azzurrite e del lapislazzuli. Entrambi i pigmenti hanno nel visibile un colore blu, mentre nell’immagine in tricromia falso colore presentano due colori nettamente diversi. Infatti il lapislazzuli, al contrario dell’azzurrite, non assorbe la componente della radiazione nell’infrarosso; per questo motivo il falso colore con cui viene restituito il lapislazzuli ha una forte componente rossa, mentre l’azzurrite risulta di colore scuro.

85TRICROMIA IN FALSO COLORE

a

c

b

Ripresa in infrarosso a falsi colori realizzata per via elettronica tramite un’acquisizione delle tre bande verde (a), rosso (b) e infrarosso (c), con una telecamera CCD e la successiva restituzione RGB tramite PC (d).

d

86TRICROMIA IN FALSO COLORE

Ripresa in luce visibile (a) e in infrarosso a falsi colori (b) di un particolare dell’Incoronazione della Vergine del Botticelli. L’immagine IR evidenzia e mappa la veste verde dell’angelo in due distinte campiture: una scura in cui il pigmento a base di rame assorbe la radiazione IR (che costituisce la parte originale) e la restante zona di restauro realizzata a base di verde cobalto.

87TRICROMIA IN FALSO COLORE

Madonna col Bambino di Coppo di Marcovaldo (a) e particolare durante il restauro ripreso con la tecnica della tricromia in falso colore (b).

Il manto a base di lapislazzuli è restituito con un rosso intenso e i ritocchi realizzati con blu di Prussia appaiono di colore nero.

88

B G R IR

89

Fluorescenza UV

Il principio

Radiazione UVincidente UV riflesso

Fluorescenza visibile

Quando un’opera viene irraggiata con radiazione UV, tale radiazione viene in parte riflessa e in parte assorbita dagli strati superficiali dell’opera. Parte dell’energia assorbita viene nuovamente emessa per fluorescenza sotto forma di radiazione con lunghezza d’onda nel visibile.

90Fluorescenza e Fosforescenza

Ricordiamo che la differenza fra il fenomeno della fluorescenza e della fosforescenza è il tempo di durata del fenomeno (t2>>t1)

(breve) (lungo)

Emission(phosphorescence)

t t0 t1 t2

91

Luce visibile parassita

Lampada di Wood

PC

UVFiltro

UVa riflesso

FiltroFLUORESCENZA

Filtro interferenzialeComponente di fluorescenza

Telecamera digitale CCD

Fluorescenza UV – la tecnica

92Fluorescenza UV

Nelle varie fasi del restauro può essere utile acquisire più volte l’immagine in fluorescenza. Infatti le superfici pittoriche sono di solito ricoperte da uno strato di vernice, un materiale filmogeno trasparente che protegge il dipinto. Le resine contenute nelle vernici presentano spesso un’intensa fluorescenza uniforme che maschera quella dello strato pittorico sottostante.

In fase di restauro la vernice viene rimossa ed è possibile in fluorescenza distinguere le zone dove la vernice è ancora presente da quelle in cui è stata eliminata, cosa non possibile in luce visibile perché la vernice è trasparente.

93

Dopo la rimozione della vernice si osserva la fluorescenza dello strato pittorico e in particolare dei pigmenti e dei leganti, che rende possibile:

• differenziare e localizzare materiali indistinguibili in luce visibile; infatti pigmenti appartenenti alle stesse classi cromatiche, potranno avere un diverso comportamento in termini di fluorescenza per la differente composizione chimica;

• identificare alcuni dei materiali osservati in base al colore caratteristico della fluorescenza (giallo chiaro per il bianco di zinco, giallo-marrone per la gomma lacca, etc.)

• individuare ritocchi, ridipinture e parti rifatte, che osservate in fluorescenza in genere appaiono più scure.

Fluorescenza UV

94Risposta dei diversi pigmenti e materiali alla radiazione UV

Materiale Fluorescenza Tonalità

Stesure a base olio fluorescenza intensa

tonalità gialla

Stesure a base di tempera a uovo

fluorescenza meno intensa

tonalità azzurrognola

Materiali sintetici fluorescenza debole tonalità fredda

Gommalacca fluorescenza intensa

tono giallo-marrone

Materiali naturali (gomma arabica e caseina)

assenza di fluorescenza

95

Ripresa in luce visibile (a) e in fluorescenza ultravioletta (b) di un dipinto a tempera su pergamena del ’600.

Il vaso di fiori ha come sfondo originale una stesura a base di biacca (bianca in fluorescenza),

poi ripassata in un precedente restauro con bianco di zinco (colore salmone in fluorescenza).

Le zone scure (non fluorescenti) corrispondono al restauro attuale realizzato con bianco di titanio.

a

b

Fluorescenza UVEsempio di risposta dei diversi pigmenti e materiali

96

Particolare della Deposizione di Fra Bartolomeo durante la pulitura (a).

La ripresa in fluorescenza ultravioletta (b) evidenzia una zona in cui la vernice non è ancora stata rimossa e dalla quale non è possibile avere informazioni sullo stato di conservazione del colore.

Eventuali ritocchi antichi sono infatti visibili solo dopo la rimozione della vernice.

Fluorescenza UV – le vernici

97Fluorescenza UV

La fluorescenza UV evidenzia ritocchi (scuri) e presenza di leganti o fissativi di natura grassa (fluorescenza gialla).

98Fluorescenza UV multispettrale digitale

2 lampade a flash telecamera CCD (1024x1024) 7 filtri (largh. banda 40 nm)

99

Fluorescenza UV

Applicazioni della fluorescenza ultravioletta ai manoscritti:

• documenti con scritte abrase o sbiadite

• palinsesti

100Fluorescenza UV

Documenti con scritte abrase o sbiadite

101Fluorescenza UV Documenti con scritte abrase o sbiadite

VISIBILE

UV

L’inchiostro, sbiadito in superficie, è penetrato all’interno della carta e viene messo in risalto dalla fluorescenza della carta stessa.

102Fluorescenza UVPalinsestiI palinsesti sono in genere manoscritti medioevali, vergati su fogli di pergamena di reimpiego, dalla quale è stata erasa o lavata via la scrittura. La pergamena era un materiale costoso, pertanto i libri vecchi venivano spesso sacrificati. La rimozione della scrittura dalla superficie di una pergamena al fine di renderla riscrivibile era una prassi comune, già descritta da Marziale, alla fine del I secolo d.C., in un epigramma degli Apophoreta (XIV 7 Pugillares membranei):

Esse putas ceras, licet haec membrana vocetur: delebis quoties scripta novare voles [Fa conto, anche se le chiamano pergamene, che siano tavolette di cera: cancellerai quel che c’è scritto ogni volta che vorrai usarle di nuovo]

103Palinsesti

L’attività del radere le pergamene ebbe una notevole diffusione nel Medioevo, sia in Occidente che in Oriente, tanto che la prassi venne codificata in ricette, come quella del secolo XI, conservata in un manoscritto proveniente dal monastero bavarese di Tegernsee:

Quicunque in semel scripto pergameno necessitate cogente iterato scribere velit, accipiat lac imponatque pergamenum per unius noctis spacium. Quod postquam inde sustulerit, farre aspersum, ne ubi siccari incipit in rugas contrahatur, sub pressura castiget quoad exsiccetur. Quod ubi fecerit, pumice cretaque expolitum priorem albedinis suae nitorem recipiet (Munchen, Bayerische Staatsbibliothek)

Chiunque, spinto dalla necessità, voglia scrivere di nuovo su di una pergamena già scritta la metta nel latte per una notte. Quindi, dopo aver tolto la pergamena dal bagno e averla cosparsa di farina, perché, asciugandosi, non si raggrinzisca, la metta sotto pressione fino all’asciugatura. Fatto questo, e dopo averla pulita con pietra pomice e creta, la pergamena riacquisterà il suo primitivo nitore.

104Palinsesti

Bottega di un pergamenarius. Miniatura contenuta nelle “Memorie istoriche di Bologna” di Floriano di Pier Villola (seconda metà del XIV secolo).

Il miniatore pone in evidenza l'immagine di un operaio intento a radere la scrittura dalla superficie di un foglio, l'immagine cioè di quel rasor o abrasor cartarum che nel variegato mondo della produzione libraria del Basso Medioevo aveva ottenuto una dimensione di artigianalità autonoma e definibile.

Bologna, Biblioteca Universitaria.

105

Nei palinsesti tracce della scrittura originaria sono rimaste visibili in percentuali più o meno alte. Per secoli i segreti dei palinsesti hanno affascinato gli studiosi, per la loro importanza in vari campi del sapere.Per tutto il XVIII secolo la lettura delle scritture abrase avvenne sostanzialmente attraverso due tecniche: • utilizzo di potenti lenti d'ingrandimento, associate a un'esposizione delle pergamene a un'adeguata luce incidente proveniente dai raggi solari (tecnica assolutamente non invasiva),• utilizzo di un acido, come reagente per far rivivere le scritture scomparse; si poteva andare dal liquido di decantazione di cipolle immerse nel vino all'infusione di noce di galla in alcole (tecnica decisamente più invasiva).

Palinsesti

Il reagente a base di noce di galla fu sicuramente lo strumento più diffuso soprattutto nella seconda metà del XVIII secolo.

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Il XIX secolo fu il secolo della chimica.

Da reagenti creati con sostanze naturali si passò a reagenti molto più efficaci ottenuti attraverso processi di sintesi chimica. Ferro cianuro potassico e tiocianato di ammonio furono, ad esempio, alcune delle sostanze a base dei nuovi ed efficaci reagenti, nei confronti dei quali venne nutrita una fiducia spesso assoluta. Tuttavia i buoni risultati nella rivivificazione delle scritture ottenuti con l'impiego delle nuove sostanze ebbero degli effetti deleteri sul supporto pergamenaceo: soprattutto se i reagenti chimici venivano impiegati in maniera maldestra. Pergamene abbrunite dalla noce di galla o macchiate dall'azzurro del precipitato di ferro cianuro potassico sono la frequente eredità di quella fiducia nel mezzo chimico.

Palinsesti

107

Nel 1898 una conferenza sulla conservazione del libro, tenutasi a San Gallo, decretò la condanna ufficiale dei reagenti chimici. D’altra parte si stava facendo strada una nuova tecnica: la fotografia, che ben presto si incrociò con le sperimentazioni di Raphael Kögel e Robert Wood sulla fluorescenza UV. Risultati di notevole livello vennero raggiunti un po' ovunque, come, ad esempio, a Firenze, dove si distinse la figura di Enrico Rostagno.

Il passo successivo sarebbe stato quello dell'elaborazione digitale delle immagini.Oggigiorno gli sviluppi tecnologici della digitalizzazione, dell’analisi multispettrale e della rielaborazione elettronica delle immagini permettono di ottenere risultati inimmaginabili in passato.

Palinsesti

Enrico Rostagno

108Palinsesti: esempi di

risultati

Codice gr. I49 (coll. 1213), c. 252v.

Questo manoscritto greco, conservato presso la Biblioteca Nazionale Marciana di Venezia, contiene quattro carte palinseste.

Nel 1847 Constantin von Tischendorf, editore e studioso della tradizione dell’Antico e del Nuovo Testamento, per decifrare la scrittura inferiore trattò i fogli con reagenti chimici, come dimostra la vistosa colorazione blu nella foto in luce naturale. Grazie a tali sostanze Tischendorf riuscì a decifrare il testo nascosto, che trascrisse in alcuni fogli cartacei, oggi legati all’interno del manoscritto, dopo le carte palinsesti.

109Palinsesti: esempi di

risultati

Codice gr. I49 (coll. 1213), c. 252v.

La scrittura inferiore, in maiuscola biblica databile al secolo IX, riporta brani dei Vangeli di Giovanni e Matteo.

La scrittura superiore, databile alla metà del secolo XII, riporta alcune parti dei cosiddetti Vangeli della Passione (che costituiscono attraverso il raccordo di passi dei quattro Vangeli, un resoconto cronologicamente continuo della Passione e della morte di Cristo).