Profilocolore e gli strumenti di imaging

Profilocolore: gli strumenti di misura imaging di altissima precisione e i loro campi di impiego

Profilocolore Srl è un’azienda nata nel 2010, frutto di anni di lavoro di ricerca e sviluppo, che oggi è in grado di offrire i più sofisticati strumenti di misura imaging per la colorimetria e la riflettanza spettrale presenti sul mercato, permettendo agli Operatori di molti settori, dai Beni Culturali, all’Analisi della Scena del Crimine e all’Industria, di raggiungere sia sul campo che in studio fotografico precisioni colorimetriche e radiometriche fino a poco tempo fa disponibili solo attraverso strumentazione presso laboratori di misura specializzati.

Cos’è l’Imaging Multispettrale e come si applica ai beni culturali

L’imaging multispettrale può assumere diverse sfumature di significato a seconda del contesto, e non sempre con questo termine i vari operatori intendono le stesse cose.

L’Imaging Multispettrale classico

La parola imaging indica che i dati di cui si parla sono immagini, e questo è universalmente riconosciuto ed accettato, mentre la parola multispettrale riguarda il contenuto di queste immagini, ed è qua che la definizione si sfuma.

Nella maggior parte dei casi con questo tipo di analisi si intende:

  1. l’acquisizione di un’immagine a colori, quindi in luce visibile;
  2. l’acquisizione di un’immagine in luce infrarossa, generalmente compresa nella banda tra i 700 ed i 1000 nanometri di lunghezza d’onda, detta anche NIR – Near Infra Red;
  3. un’immagine acquisita in luce ultravioletta, più o meno nella banda tra i 300 ed i 400 nanometri;
  4. si può aggiungere un’immagine così detta in fluorescenza, ovvero un’immagine ottenuta da una illuminazione nella banda degli ultravioletti ed una lettura nella banda della luce visibile, che mette in evidenza fenomeni di fluorescenza legati al tipo di materiali, alla presenza di materiale organico ed ai processi di invecchiamento della pellicola pittorica.

Dalle immagini citate, ed in particolare quelle in luce visibile e quelle in luce ultravioletta ed infrarossa, si ricavano altri due dati imaging diciamo “storici”, perché acquisiti sin dalle riprese in pellicola, attraverso pellicole speciali. Si tratta delle immagini in Infrarosso Falsi Colori ed in Ultravioletto Falsi Colori.

Immagini Infrarosso Falsi Colori ed Ultravioletto Falsi Colori

Le immagini Infrarosso Falsi Colori si ottengono caricando nei canali rosso, verde e blu le bande infrarossa, rossa e verde, mentre quelle Ultravioletto Falsi Colori si ottengono caricando nei canali rosso, verde e blu le bande verde, blu ed ultravioletto. Le variazioni di colore tra l’immagine nel visibile e le immagini falsi colori forniscono indicazioni utili ad identificare alcune famiglie di pigmenti. Questa tecnica diagnostica è molto diffusa e consolidata, ma non è codificata da uno standard di misura e presenta un certo livello di arbitrarietà, in quanto:

  1. l’immagine a colori non ha colori misurati ed è in genere il risultato della correzione fatta al computer da parte del fotografo, secondo un proprio criterio di “immagine bella”;
  2.  le immagini negli infrarossi ed ultravioletti vengono acquisite dagli operatori ognuno un po’ a modo proprio, e soprattutto usando ognuno un differente filtro per gli infrarossi ed un differente filtro per gli ultravioletti, e scegliendo livelli di esposizione fotografica di volta in volta diversi “per vedere meglio” l’immagine;

Verrebbe da chiamare tutto questo “imaging multispettrale/multioperatore”, sia per una assenza di standard, sia per una carenza di tecnologie migliori. Nonostante tutto, comunque, grazie alla grande esperienza degli esperti di diagnostica, le interpretazioni di questi dati sono piuttosto precise.

Il Multispettrale di Profilocolore: la vera Riflettanza Spettrale

Ora immaginiamo gli stessi esperti con a disposizione dati ed immagini rigorosamente scientifiche e frutto di misure estremamente precise e ripetibili. Tutta la loro esperienza potrebbe concentrarsi anche su dettagli e sfumature che fino ad oggi, potendo queste derivare da imprecisioni del metodo e non da dati obiettivi, non potevano essere soggette ad una interpretazione univoca.

Profilocolore, con anni di ricerca e sviluppo, ha eliminato variazioni ed incertezze dovute a fattori accidentali e contestuali, grazie ad un processo di calibrazione basato su riferimenti radiometrici e colorimetrici assoluti misurati in laboratorio con strumenti connessi alla rete metrologica internazionale.

Fig. 01 - Reference Color Checker del sistema di calibrazione di Profilocolore
Fig. 01 – Reference Color Checker del sistema di calibrazione di Profilocolore

In questo modo Profilocolore è in grado oggi di fornire agli esperti di diagnostica immagini con risultati e misure pixel per pixel, che presentano precisioni equivalenti ai migliori strumenti di misura da laboratorio, con un tasso di precisione e ripetibilità prossimi al 100%.

Inoltre, con un ulteriore sforzo, Profilocolore ha enormemente semplificato la fase di ripresa, cioè di acquisizione delle immagini, pur conservando integralmente i più alti standard di precisione di misura e di qualità.

Hypercolorimetric Multispectral Imaging – HMI

Il risultato è il sistema HMI (Hypercolorimetric Multispectral Imaging) di Profilocolore che richiede lo scatto di due sole immagini, riprese con fotocamere modificate (con sensibilità dagli UV agli IR) attraverso due filtri ottici disegnati e prodotti da Profilocolore, PFCL-A e PFCL-B.

 

Il sistema HMI richiede quindi solo due scatti fotografici e, indipendentemente dalle condizioni di ripresa, ed in un unico flusso di elaborazione con intervento minimo dell’operatore, fornisce:

  1. un’immagine a colori, secondo la colorimetria standard e spazio colore AdobeRGB, con precisione colorimetrica media di dE=1 (differenze di colore rispetto all’originale praticamente impercettibili)
  2. immagini di riflettanza spettrale su 13 bande tra i 300 ed 1000 nanometri, con precisione radiometrica del 99% (ad ogni pixel viene associato uno spettro in 13 bande)
  3. calcolo automatico delle immagini Infrarosso ed Ultravioletto Falsi Colori, ripetibili e costanti a prescindere da chi ed in quali condizioni venga effettuata la ripresa
  4. un’immagine di nuova concezione dei falsi colori (NIR Falsi Colori), dove la banda infrarossa NIR (700-1000 nanometri) viene divisa in tre bande e visualizzata come immagine RGB. Questo tipo di immagine dà una visione immediata e più chiara dei classici falsi colori, della struttura preparatoria sottostante i pigmenti.
  5. con un terzo scatto fotografico, ed un ulteriore terzo filtro ottico, si ottiene anche l’immagine in fluorescenza indotta da ultravioletti.

Tutte le immagini ottenute sono a registro (allineate automaticamente) con la precisione del pixel.

Fig. 04 - Immagine a colori dove ogni pixel è una misura in colorimetria CIELAB
Fig. 04 – Immagine a colori dove ogni pixel è una misura in colorimetria CIELAB
Fig. 05 - Riflettanza spettrale a 350 nm (UV)
Fig. 05 – Riflettanza spettrale a 350 nm (UV)
Fig. 15 - NIR (Near Infra Red) falsi colori (950, 850, 750 nm su RGB)
Fig. 15 – NIR (Near Infra Red) falsi colori (950, 850, 750 nm su RGB)

Profilocolore e l’intelligenza artificiale

Il cuore della tecnologia HMI è completamente basato su sistemi di Intelligenza Artificiale e di imitazione di alcuni processi di ottimizzazione riscontrati in natura e che si sono rivelati uno strumento indispensabile per raggiungere certi risultati. Si può dire che il sistema HMI è un sistema ecologico, nel senso che segue ed utilizza molti dei processi che portano un ecosistema al suo equilibrio ed alla ottimizzazione delle risorse.

Il team di Ricerca e Sviluppo di Profilocolore ha tradotto tutto questo in modelli matematici altamente efficienti arrivando ad un sistema di visione superiore e preciso, battezzato Hypercolorimetry, che parte dalle proprietà della visione umana, estendendole ad un “occhio” elettronico e matematico molto più sofisticato e complesso.

Non solo “belle immagini”, ma milioni di misure precise per ogni pixel

La fotocamera diventa una retina elettronica, come un microscopico strumento di misura puntato su ogni punto dell’immagine e capace di leggere dettagli piccoli fino a qualche micron (millesimi di millimetro), e questo permette di avere una enorme quantità di informazioni ben oltre quanto il nostro occhio riesca a vedere.

Al di fuori della luce visibile i pigmenti possono presentare diversi comportamenti, tecnicamente presentano una specifica riflettanza spettrale, che può essere molto utile nell’identificare quel particolare pigmento, ma non c’è solo questo fornendo informazioni di enorme importanza nello studio, conservazione e restauro di un’opera d’arte.

Ad esempio alcuni pigmenti presentano una certa trasparenza alle radiazioni infrarosse, consentendo quindi tramite queste di esplorare quanto il nostro occhio non vede, ottenendo immagine dei cosiddetti disegni preparatori.

Identità digitale di un’opera

Per Profilocolore le immagini non sono solo “belle immagini” ma sono a tutti gli effetti un insieme di milioni di punti di misura estremamente precisa. Tutti questi dati, nelle varie bande ed in fluorescenza, nel loro complesso, rappresentano il “gemello digitale” (oggi conosciuto come digital twin) di un’opera. Questa caratteristica, unica di Profilocolore, ha ulteriori applicazioni, in particolare nel mondo della identificazione univoca di un’opera, e nel rilevamento e valutazione di qualsiasi minima variazione fisica dell’opera che possa intervenire nel tempo, a fronte di spostamenti, di restauri, per invecchiamento o per contraffazione. Questo è un tema di cui si parla sempre più spesso, e per il quale Profilocolore ha soluzioni immediatamente pronte, anche con programmi software specifici di confronto di immagini.

Fig 16 - Identificazione automatica delle differenze
Fig 16 – Identificazione automatica delle differenze
Fig. 19 - Dettaglio delle differenze rilevate dal software Profilocolore
Fig. 19 – Dettaglio delle differenze rilevate dal software Profilocolore

Come l’Imaging Multispettrale si applica all’agricoltura di precisione e al monitoraggio del territorio

Tutta la tecnologia “Spectral Imaging”, ovvero quella che restituisce uno spettro di riflettanza per ogni pixel, può essere utilizzata nella caratterizzazione del suolo e delle coltivazioni con riprese da drone.

Dal riconoscimento dello spettro è possibile risalire all’uso del suolo, alla scoperta di discariche illegali, al tipo di vegetazione ed al suo tasso di crescita, ed allo stato di salute del terreno.

Profilocolore opera da molti anni, ed è intervenuto su molte opere e molte situazioni legate ai beni culturali. Ecco alcuni interessanti casi studio.

“Parafrasando Steve Jobs, a volte i puntini si uniscono, e puntino dopo puntino rimani affascinato dalla figura che lentamente ne emerge, e nonostante spesso il singolo passo è sembrato non avere senso dandoti la sensazione di  portarti lontano dalla strada immaginata, alla fine ti ritrovi magicamente dove non avresti mai sognato di arrivare. La vita è questa. Io credo nel caos orientato. Se perseveri con convinzione nel cercare di raggiungere una meta, se quella convinzione ti permea, allora certamente raggiungerai il tuo obiettivo, come è certo che l’acqua va in discesa per quanto tortuoso possa essere il suo percorso.” Marcello Melis

Biografia di Marcello Melis (Profilocolore)

Marcello Melis ha fatto studi classici (Greco, Latino, Filosofia, Storia dell’Arte) al ginnasio e al liceo, e poi ha raggiunto il suo primo sogno: diventare Ingegnere Elettronico, laureandosi presso La Sapienza di Roma. 
Si tratta di un percorso generalmente difficile per tutti, lungo il quale ha incontrato molte persone, a cui è grato per la fiducia ricevuta e le opportunità offerte di fare esperienza anche al di fuori del mondo accademico. 

In particolare deve molto all’Ing. Eduardo Rispoli, fondatore della CONEL S.r.l., con il quale ha collaborato sin dall’inizio dei suoi studi.
Da laureato, ha trascorso diversi anni nella Digital Equipment Corporation, con ottimi colleghi ed un ambiente molto attento alla formazione ed all’aggiornamento. 

Successivamente, ha lavorato per tutti gli anni Novanta con la Space Engineering, azienda di punta nell’ingegneria spaziale, in un clima estremamente favorevole di ricerca e sviluppo applicativo, dove ricorda con stima ed affetto l’Ing. Franco Palutan, suo diretto responsabile. 

In Space Engineering, ha maturato una grande esperienza sia nella elaborazione delle immagini digitali da satellite, che nella messa a punto di algoritmi basati su intelligenza artificiale.

Negli anni Duemila, dopo un anno trascorso ad occuparsi di telefonia mobile in Svezia, sono seguiti anni di attività manageriale in aziende come Lucent Technologies ed EMC2, oltre ad una esperienza di circa 6 anni di docenza presso l’Università de La Sapienza.

Gli anni dal 2000 al 2010 vedono una profonda trasformazione del mercato fotografico da analogico a digitale. Durante questi anni, Marcello Melis affronta in modo sistematico e rigoroso la fotografia digitale, aprendo una scuola di fotografia (HISO 1000), dove forma un centinaio di allievi l’anno, fino a circa il 2015.

Sin dal 2008 inizia una collaborazione, mai più interrotta, con Nital/Nikon Italia, e sembra ieri il 14 ottobre 2010, quando in Aula Magna dell’Università della Sapienza, nell’ambito della manifestazione “L’evoluzione nel tempo – La fotografia tra Cultura e Tecnologia”, organizzata da Nital, parlava di “Applicazioni Scientifiche della fotografia digitale”.
Nel 2010 fonda Profilocolore Srl.

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A cura di Arch. Nath Irriverender Bonnì

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