Analisi ed elaborazione per il restauro delle immagini

Unità Operativa: Dipartimento di Ingegneria Elettronica (DIE)
Università degli Studi di Firenze
Via di S. Marta, 3, 50139 Firenze
Tel: (055) 4796-372
Fax: (055) 494569

Responsabile: Dr. Luciano Alparone
Email: alparone@cosimo.ing.unifi.it

Collaboratori:

Descrizione della ricerca

Effettuare correzioni della scala cromatica e radiometrica di immagini numeriche di materiali lapidei per ridurre gli effetti di degrado introdotti dalla catena di acquisizione fotografico/elettronica.

Simulare su aree estese la rimozione della crosta superficiale di sporco e ossidi del materiale partendo da da campioni reali di pulitura effettuati su aree ridotte.

Lo scopo della ricerca è duplice: fornire alle altre Unità del Progetto immagini calibrate e restaurate cromaticamente da utilizare per un rendering visivo dei manufatti architettonici; provvedere mappe cromatiche ad un livello di scala da consentire analisi morfologico-strutturali da integrarsi con le misure chimico-fisiche (spettrofotometriche) effettuate su campioni del materiale stesso.

Strumenti e metodologie

Unità ha studiato e sviluppato algoritmi di elaborazione delle immagini nei loro aspetti applicativi per le immagini di materiali lapidei. Sono stati messi a punto i seguenti strumenti di elaborazione:

  1. Tecniche non lineari di elaborazione delle immagini a colori.
  2. Tecniche di "restauro elettronico" (digital restoration) delle immagini a colori.
  3. Operatori morfologici e loro applicazione al "restauro elettronico".
  4. Metodi di simulazione di pulitura delle patine introdotte nel tempo dagli agenti atmosferici e miglioramento di qualita' (enhancement).
  5. Studio e sviluppo di metodi di analisi e correzione cromatica (certificazione del colore).

Risultati ottenuti

I dati alfanumerici e d'immagine (fotografiche e numeriche) prelevati con apposita campagna "in situ" sono stati utilizzati per le prove.Le applicazioni delle procedure di elaborazione sviluppate alle immagini del caso di studio sono: acquisizione numerica tramite scanner degli originali fotografici, correzioni cromatiche basate sulle tabelle di taratura, simulazioni di pulitura con trasformazione non dispersiva spazialmente.

Esempio 1: travertino acquisito (136K) fotograficamente con illuminazione naturale e versione corretta cromaticamente (128K) attraverso la trasformazione ai minimi quadrati basata sulla tabella di taratura Kodak inclusa nella ripresa.

Esempio 2: puddinga acquisita (136K) fotograficamente con illuminazione alogena e versione corretta cromaticamente (144K).

Bibliografia

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Elaborazione delle immagini a colori

Partendo da filtri di tipo "order statistics" applicati alle componenti di luminanza (immagini monocromatiche), si arriva fino ad operatori del tipo "mediano vettoriale" applicati sia in R-G-B che in altri spazi percettivi (I-H-S, H-B-S, Y-U-V). Tali filtri sono mirati a ridurre i disturbi delle immagini, preservando i dettagli spaziali e mantenendo la fedelta' dell'informazione cromatica, in quanto non introducono colori che non esistevano nell'originale.

Digital restoration

Deconvoluzioni "cieche" basate su modelli ARMA del campo immagine e della PSF che rappresenta la dispersivita' spaziale (sfuocamento) introdotta dal sistema di acquisizione.

Operatori morfologici

Ripristino di lacune e difetti dei materiali raffigurati tramite riempimento con livelli di colore o tessiture senza introdurre discontinuita' percettibili. Sono stati anche utilizzati algoritmi per l'analisi strutturale dei materiali lapidei (grana, venature, tessiture) con modelli ARMA e approcci di segmentazione dei granuli basati sull'operatore "watershed", che ha dato buoni risultati applicato alle sezioni dei materiali lapidei prelevati.

Enhancement

Gli algoritmi piu' efficienti sono quelli parzialmente guidati, da utilizzarsi qualora siano disponibili aree con campioni reali di pulitura, come nel caso di studio. L'approccio piu' semplice definisce una trasformazione radiometrica tra le due aree (sporca e pulita) e ne stima i parametri ai minimi quadrati. Una versione piu' sofisticata tiene anche conto della dispersione spaziale causata dalla patina di sporco.

Certificazione del colore

Attraverso la definizione di trasformazioni polinomiali delle scale cromatiche tra i colori acquisiti e quelli corretti, basate su un insieme di valori cromatici noti, è possibile determinare le caratteristiche oggettive che standardizzano la fruibilita' percettiva delle immagini al variare dei dispositivi di visualizzazione o rappresentazione. In fase di display, una volta specificati i tre colori primari del dispositivo di visualizzazione, si applica una trasformazione analoga per approssimare le nuove coordinate cromatiche nel sistema definito dai primari del display.

Per quanto riguarda specificamente i materiali lapidei, i metodi sviluppati sono stati basati, ad un primo livello di approssimazione, su tabelle di colori di riferimento incluse nell'acquisizione fotografica stessa, per poi essere integrati con le misure puntuali in coordinate CIE-XYZ effettuate "in situ" con strumentazioni portatili.

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