Descrizione del modulo "Dispositivi ottici e metodologie per il patrimonio culturale (MD.P03.019.001)"

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  • Descrizione del modulo "Dispositivi ottici e metodologie per il patrimonio culturale (MD.P03.019.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La ricerca svolta aumenta le capacità del Paese di tutelare e valorizzare il proprio patrimonio culturale. Il microprofilometro conoscopico può essere proficuamente utilizzato per misure di rugosità su scala micrometrica di qualsiasi superficie sia in esterno sia in interno, consentendo il monitoraggio dello stato di conservazione delle superfici di opere d'arte. Lo strumento è stato impiegato, tra le altre cose, per misure di rugosità superficiale di opere d'arte quali il David di Michelangelo (presso il Museo dell'Accademia) ed il Ratto delle Sabine di Giambologna (presso la Loggia dei Lanzi). Il dispositivo può essere inoltre di ausilio nel monitoraggio dei processi di pulitura (laser clearing o pulitura manuale durante l'intervento di restauro di un'opera). Per il controllo dello spessore della vernice rimossa dai quadri durante la fase di pulitura sono particolarmente adatti il microscopio confocale e il dispositivo OCT in quanto in grado di rilevare superfici di separazione tra mezzi trasparenti. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'attività di ricerca è incentrata sullo sviluppo di nuove tecniche, metodologie e strumentazioni per la diagnostica non invasiva di oggetti di interesse storico-artistico. Gli strumenti ottici realizzati sono poi utilizzati sul campo nell'ambito di progetti di diagnostica e di monitoraggio del patrimonio culturale. Le tematiche di ricerca si sviluppano in due aree principali: analisi ad immagine e rilievo 3D. Le tecniche di analisi ad immagine sono caratterizzate da una complementarità che consente indagini a largo spettro delle opere d'arte: da osservazioni puramente qualitative (RGB, falso colore) ad altre capaci di discriminare e identificare la natura dei pigmenti (fluorescenza UV) o di mostrare particolari nascosti dallo strato pittorico quali disegno preparatorio e pentimenti (riflettografia IR) fino alla termografia che consente di individuare caratteristiche strutturali di oggetti. Le tecniche per il rilievo 3D consentono un'indagine a tutto campo delle opere d'arte: rilievo architettonico mediante dispositivi a tempo di volo, rilievo di statue mediante dispositivi a triangolazione, rilievo di oggetti quasi piani (superfici graffite, dipinti) mediante microprofilometria. (literal)
Competenze
  • Le competenze presenti nel gruppo coprono le necessità della ricerca e consistono in: - progettazione e realizzazione di sistemi e dispositivi ottici ed optoelettronici prototipali; - progettazione e calcolo ottico; - progettazione e sviluppo di software; - radiometria, fotometria e colorimetria; - acquisizione, trattamento, restituzione dell'informazione digitale. In particolare, i settori di competenza che attengono alle due aree di ricerca del gruppo sono: riflettografia IR, fluorescenza UV, analisi multispettrale VIS-NIR, termografia, OCT (Optical Coherence Tomography), microscopia confocale, per l'analisi ad immagine; sistemi a tempo di volo, tecniche a triangolazione (sistemi a scansione a riga laser, luce strutturata), micro-profilometria conoscopica, per il rilievo 3D. L'analisi dei dati acquisiti consiste nell'elaborazione di immagini multispettrali VIS-NIR, nell'analisi multivariata di dati multispettrali mediante PCA (Analisi delle Componenti Principali), nell'elaborazione dei dati ottenuti da sistemi di rilievo tridimensionale, nel calcolo della rugosità e nell'integrazione e visualizzazione dei dati ottenuti con diversi strumenti e metodologie. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Alcuni dei dispositivi sviluppati sono commutati da altri campi di applicazione (OCT dal biomedicale, scansione 3D da controllo industriale) e ci sono pervenute richieste di applicazione in tali settori. Lo scanner multispettrale VIS può essere impiegato per misure di variazione di colore di qualsiasi superficie dipinta e quindi al di fuori dell'ambito dei beni culturali è adatto per il monitoraggio del deterioramento di arazzi, tappeti, tessuti, piastrelle, ceramiche, … Lo scanner a riga laser può essere impiegato per il controllo in linea di vari manufatti che spaziano dalle piastrelle ai cioccolatini. Il microprofilometro conoscopico può essere impiegato per misure di rugosità superficiale (ad esempio dell'epidermide umana sottoposta a trattamenti cosmetici anti-invecchiamento). Il dispositivo per OCT può essere impiegato in ambito biomedicale (determinazione dello spessore degli starti dell'occhio, vasi sanguigni, ...) (literal)
Tecnologie
  • - Tecnologie optoelettroniche. - Modellazione numerica per il calcolo della rugosità di opere d'arte: a causa della mancanza di protocolli di misura e di norme cui attenersi per il calcolo dei parametri di rugosità in questo settore, è stata sviluppata una metodologia per la separazione tra ondulazione e rugosità di manufatti artistici basata su filtri spaziali di Gauss. Per specifiche applicazioni sono stati sviluppati altri sistemi di filtraggio basati sulla \"rolling ball\". - Metodologie statistiche per l'analisi dei dati multispettrali: sono stati sviluppati algoritmi basati sull'analisi multivariata (Analisi delle Componenti Principali PCA, cluster analysis, segmentazione) per l'elaborazione dei dati multispettrali VIS-NIR. - Elaborazione e visualizzazione di dati 3D. (literal)
Obiettivi
  • La ricerca del gruppo si sviluppa prevalentemente attraverso progetti di ricerca finanziati. Progetti in corso: - progetto PON ITACHA (prevede la realizzazione di un prototipo di microscopio portatile per misure di fluorescenza UV multispettrale per la diagnostica in situ di oggetti di interesse storico-artistico); - progetto europeo INSIDDE (prevede lo sviluppo di un sistema al THz per l'analisi di oggetti di interesse storico-artistico sviluppato in collaborazione con i partner europei. In particolare il Gruppo Beni Culturali si occuperà della realizzazione delle ottiche di collimazione del fascio, della meccanica di scansione e del sistema di autofocus); - progetto FIRB FUTURAMA (prevede lo studio delle tecniche esecutive di autori contemporanei mediante analisi multispettrale vis-nir su opere e su campioni appositamente realizzati); - progetto europeo IPERION (appena approvato, decorrenza probabile giugno 2015). Il gruppo partecipa inoltre a alcuni progetti coordinati per la diagnostica di opere del patrimonio culturale, spesso non finanziati. (literal)
Stato dell'arte
  • Le tecniche ottiche, siano quelle ad immagine o quelle per il rilievo 3D, hanno la caratteristica di essere non invasive, requisito che le rende adatte ad essere applicate a manufatti artistici. Numerose tecniche ad immagine sono ormai entrate a far parte della diagnostica di routine di un'opera d'arte. Tradizionalmente l'analisi ad immagine viene effettuata mediante dispositivi che fanno uso di sensori estesi che comportano la presenza di distorsioni geometriche, aberrazioni e disuniformità di illuminazione. Mediante l'impiego di un singolo sensore combinato con un sistema di scansione meccanica tutte le suddette problematiche sono state superate. L'applicazione delle tecniche di rilievo 3D alla conservazione del patrimonio artistico è di recente introduzione. La caratterizzazione della forma costituisce un prezioso contributo allo studio e alla conoscenza dell'opera, alla determinazione dello stato di conservazione e alla progettazione dell'intervento di restauro. Il modello digitale che deriva dall'acquisizione 3D completa di un oggetto consente la realizzazione di scenari di realtà virtuale, la produzione di copie senza effettuare il calco e la creazione di archivi digitali. (literal)
Tecniche di indagine
  • Sono state sviluppate numerose tecniche di indagine ottiche e optoelettroniche; la strumentazione realizzata, prevalentemente autocostruita, è composta da componenti di costo medio-basso. La ricerca si svolge presso la sede di Arcetri e il Laboratorio ospitato dall'OPD. Nell'ambito dell'analisi ad immagine: -riflettografia IR(scanner IR-RGB per acquisizione di riflettogramma e immagine a colori sovrapponibili e metricamente corretti) -fluorescenza UV (dispositivo per l'acquisizione dell'emissione di fluorescenza indotta da radiazione UV in 7 bande spettrali) -analisi multispettrale VIS-NIR (scanner multispettrale per acquisizione di 16 immagini NIR e 16 immagini VIS) -termografia (dispositivo per acquisizione dell'emissione di radiazione MIR) -tomografia ottica coerente e microscopia confocale (dispositivi in fibra a scansione per acquisizione di immagini stratigrafiche) Nell'ambito del rilievo 3D: -rilievo di oggetti di grandi dimensioni (scanner a tempo di volo) -rilievo di oggetti di medie dimensioni (scanner a riga laser) -rilievo di oggetti di piccole dimensioni (microprofilometro conoscopico) -rilievo di oggetti quasi piani (dispositivo a luce strutturata) (literal)
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