Applicazioni dell’imaging iperspettrale nell’analisi del patrimonio culturale materiale.

L'imaging iperspettrale è una tecnica che trova applicazioni in vari ambiti grazie alla sua natura non invasiva che combina spettroscopia e imaging digitale e permette quindi di acquisire contemporaneamente informazioni spaziali e spettrali. Nel campo dei beni culturali viene, comunemente utilizzato per condurre analisi non invasive delle superfici, in particolare di opere pittoriche, al fine, principalmente, di documentarne lo stato di conservazione. Nell'imaging iperspettrale, una telecamera spettrale cattura la luce riflessa, la quale è influenzata dalle caratteristiche della superficie che determinano i fenomeni di diffusione e assorbimento della luce incidente. Il dataset risultante, chiamato cubo iperspettrale, consiste in una serie di immagini, ognuna corrispondente ad una banda spettrale compresa nell’intervallo spettrale considerato. In questo specifico progetto, sono state esaminate alcune applicazioni dell'imaging iperspettrale in vari materiali del patrimonio artistico e archeologico. In particolare, si sono considerati lo studio delle comunità litobiontiche potenziale causa di biodegrado delle superfici, la valutazione dei consolidanti presenti su un vaso giapponese, e l'esame di affreschi Pompeiani in situ (Casa della caccia antica – Pompei) e in laboratorio (affresco staccato, Centro di Conservazione e Restauro “La Venaria Reale). Lo strumento utilizzato è la MUSES9-HS (Spectricon), che opera in un range spettrale da 400 a 1000 nm. La camera dispone inoltre di illuminazione a lunghezza d'onda di 365 nm e consente di operare in due modalità diverse: brightfield e fluorescenza. Il software associato alla camera offre diversi strumenti per l'elaborazione post-acquisizione. In particolare, sono stati impiegati l'analisi dei Componenti Principali (PCA), la costruzione di immagini a falsi colori e la visualizzazione delle immagini spettrali. La definizione dell’immagine ha permesso di riconoscere metaboliti come la clorofilla, presenti in alcuni organismi biodegradativi, e di evidenziare la presenza di queste comunità sulle superfici indagate. L'analisi in fluorescenza ha consentito di rilevare le disomogeneità legate a precedenti interventi sulla superficie del vaso giapponese. Infine, le diverse modalità di elaborazione dei dati hanno consentito di identificare alcuni dei materiali utilizzati negli affreschi di Pompei e di evidenziare caratteristiche non visibili a occhio nudo, come la profondità della presenza biologica e dei cretti, nonché di evidenziare la sovrapposizione di pitture ottenute con materiali diversi e di esaltare alcuni tratti parzialmente perduti nei dipinti originali. Nel lavoro si sono inoltre affrontati alcuni limiti della camera MUSES9-HS, che hanno richiesto, e ancora richiederanno, interventi tecnici sul software del sistema per una funzionalità ottimale.

Hyperspectral imaging is a technique that has applications in various fields due to its non-invasive nature, combining spectroscopy and digital imaging to acquire spatial and spectral information simultaneously. In cultural heritage, it is commonly used to conduct non-invasive surface analyses, particularly of paintings, primarily to document their state of preservation. In hyperspectral imaging, a spectral camera captures reflected light, influenced by surface characteristics determining phenomena such as light scattering and absorption. The resulting dataset called a hyperspectral cube, consists of a series of images, each corresponding to a spectral band within the considered spectral range. In this specific project, several applications of hyperspectral imaging in various materials of Tangible Cultural Heritage were examined. In particular, the study considered the analysis of lithobiontic communities as potential causes of surface biodegradation, the evaluation of consolidants present on a Japanese vase, and the examination of Pompeian frescoes both in situ (House of the Ancient Hunt – Pompeii) and in the laboratory (detached fresco, Conservation and Restoration Center "La Venaria Reale"). The instrument used is the MUSES9-HS (Spectricon), which operates in a spectral range from 400 to 1000 nm. The camera also features 365 nm wavelength illumination, allowing operation in two different modes: brightfield mode and fluorescence mode. The software of the camera offers various tools for post-acquisition processing. In particular, the Principal Component Analysis (PCA), false-color image construction, and spectral image visualization were employed. Image definition allowed the recognition of metabolites such as chlorophyll, present in some biodegrading organisms, and highlighted the presence of these communities on the investigated surfaces. Fluorescence analysis enabled the detection of inconsistencies related to previous interventions on the surface of the Japanese vase. Finally, the various data processing modes allowed the identification of some of the materials used in the Pompeian frescoes. They highlighted features not visible to the naked eye, such as the depth of biological presence and cracks, as well as the overlap of paintings obtained with different materials and the enhancement of some partially lost traits in the original paintings. In the work, some limitations of the MUSES9-HS camera were also addressed, which required, and will still require, technical interventions on the system software for optimal functionality.