La Spettroscopia di Immagine Iperspettrale. L'importanza di tecniche analitiche di immagine per lo studio non invasivo di dipinti

In recent years, the hyperspectral imaging technique has become common in the study of artworks. The ability to cover large areas of the artwork allows different materials to be mapped. The hyperspectral imaging technique is also able to provide images that replace traditional ones, such as photographic IR, false color IR, IR reflectography, etc., thus being able to contribute to the documentary part of the works studied. The potential of this technique was partly exemplified in the case presented, an oil painting signed Manet, in which the data obtained were extremely useful to support its study.

In generale, lo studio diagnostico di un'opera d'arte parte dall'impiego di analisi non invasive, ovvero tecniche che non richiedono il prelievo di alcun campione dall'opera. Tra queste è possibile operare un'ulteriore suddivisione in tecniche di imaging e tecniche puntuali. Come suggerisce il nome, le prime restituiscono le informazioni dell'intera opera o di una sua area, mentre le seconde di un'area ristretta (definita "punto"). Le tecniche di imaging restituiscono un'immagine dell'interazione tra il manufatto artistico e uno specifico intervallo spettrale della radiazione elettromagnetica, che viene assorbita, riflessa o emessa a seconda della tecnica usata e della composizione dell'opera. In base all'intervallo impiegato la risposta dei materiali sarà differente, dato che l'interazione dipende dalle energie (o lunghezze d'onda) in gioco. Tra le tecniche di imaging che vengono tradizionalmente impiegate si ricordano l'imaging nel visibile, la transilluminazione, l'infrarosso fotografico bianco e nero (IR) e falso colore (IRFC), la riflettografia infrarossa (IRR), radiografia a raggi X (RX) e la luminescenza indotta da radiazione ultravioletta (UVL)1. Queste tecniche permettono di ottenere informazioni importanti, come la presenza di disegni preparatori, pentimenti o modifiche, ma possiedono un grosso limite nell'identificazione dei materiali pittorici, la cui composizione spesso non resta che un'ipotesi.Per questo motivo estremamente importanti sono le tecniche spettroscopiche. Esse sfruttano lo stesso principio di interazione radiazione-materia, ma in questo caso restituiscono degli spettri. Per mezzo della loro interpretazione è possibile - in principio - identificare i materiali che compongono l'opera analizzata. Tra queste tipologie di analisi è molto importante ricordare la tecnica di spettroscopia in riflettanza mediante uso di fibre ottiche (FORS, dall'inglese Fiber Optics Reflectance Spectroscopy). Si tratta di una tecnica che impiega delle fibre ottiche per propagare la radiazione proveniente da una sorgente fino ad arrivare all'opera investigata. Qui avviene l'interazione con i materiali e la radiazione viene poi rinviata, sempre per mezzo delle fibre ottiche, ad uno o più rivelatori che registrano l'informazione spettrale2. Questa tipologia di analisi rientra nella categoria di analisi puntuali, dato che lo spot che viene illuminato, e di conseguenza analizzato, è un'area molto ristretta (solitamente dell'ordine dei mm2 o cm2). Questo può essere considerato un limite per la tecnica, dato che questo "punto" potrebbe non essere spettroscopicamente rappresentativo della superficie circostante o di aree avente stessa apparenza (colore) ma diversa composizione. Allo stesso modo, l'uso di tecniche invasive, che necessitano di micro-campioni dall'opera, risentono di questa criticità dal momento che il dato ottenuto potrebbe non essere rappresentativo di aree più estese del manufatto artistico.Questa problematica può essere superata grazie all'impiego di tecniche di spettroscopia per immagine. Tali tecniche permettono di analizzare intere opere o aree abbastanza estese restituendo un'immagine da cui è possibile estrarre le informazioni spettrali per ogni suo pixel e, di conseguenza, per ogni punto del manufatto. Quindi, oltre a ottenere un'identificazione dei materiali impiegati dall'artista per ogni punto dell'area di interesse, è possibile anche evidenziare la loro distribuzione spaziale nell'intera opera3-5.L'evoluzione delle tecniche di spettroscopia per immagine ha portato allo sviluppo della tecnica dell'imaging iperspettrale. Questa metodologia permette di acquisire un grande numero di immagini in bande spettrali quasi contigue (dell'ordine delle centinaia) con una larghezza di qualche nm6. L'insieme di queste immagini forma un set di dati noto con il nome di cube-file, in cui due dimensioni sono associate alle informazioni spaziali (x e y), mentre la terza dimensione corrisponde alle informazioni spettrali (lunghezze d'onda, ?) per ogni punto. L'elaborazione di questi cube-file con opportuni software permette di ottenere una grande quantità di informazioni. In primo luogo, è possibile estrarre le immagini per ogni banda - o intervallo spettrale - d'interesse, in modo da poter visualizzare, come per le tecniche di imaging tradizionale, pentimenti, restauri o modifiche. Uno dei vantaggi, però, risiede nella possibilità di combinare queste informazioni per immagini alle informazioni spettroscopiche, dato che è possibile ottenere degli spettri di riflettanza ad alta risoluzione e, a priori, identificare i materiali impiegati dall'artista. Inoltre, è possibile estrarre immagini accurate dal punto di vista colorimetrico, da cui si possono ottenere i valori delle coordinate colorimetriche, sempre seguendo le raccomandazioni per la geometria di misura e i calcoli forniti dalla Commissione Internazionale dell'Illuminazione (CIE). Infine, i cube-file possono essere elaborati per mezzo di algoritmi che permettono di mappare i materiali pittorici, ottenendo immagini in falsi colori, o di ricavare ulteriori informazioni utili5,7-8. Quindi è evidente come tutte queste possibilità rendano la tecnica dell'imaging iperspettrale uno strumento estremamente versatile e utile nello studio diagnostico di opere d'arte di ogni tipo.I limiti già accennati delle tecniche puntali e le potenzialità elencate dell'imaging iperspettrale sono approfonditi in questo lavoro, grazie allo studio di un dipinto a olio su tela (24 x 33 cm) di collezione privata raffigurante una "Natura morta con peonie e rose" (fig. 1), recante la firma in basso a sinistra di Manet (1832 - 1883). La superficie pittorica dell'opera presentava delle discrepanze nell'esecuzione pittorica. I petali della rosa in primo piano a sinistra, erano resi con tocchi di colori sordi, stesi sulla tela in modo incerto e un po' confuso, mentre la realizzazione delle peonie bianche, è stata fatta con rapide pennellate di colori brillanti distesi con mano esperta e sicura che lascia volutamente a vista lo strato preparatorio tra un segno e l'altro. Anche i tocchi di colore bianco, dati dal pittore nei punti strategici della composizione per creare volume, presentavano una brillantezza del pigmento diverso e anomalo. Per questi motivi l'opera è stata oggetto di studio impiegando tecniche non invasive e portatili. La prima indagine diagnostica ad essere eseguita è stata quella della spettroscopia in riflettanza con fibre ottiche (FORS). Successivamente, l'opera è stata analizzata con la tecnica di imaging iperspettrale e proprio grazie a questa è stato possibile avere informazioni più esaustive sulla presenza dei materiali pittorici principali, quali pigmenti e coloranti. Infine, per avere conferma e meglio definire la storia conservativa dell'opera, sono state eseguite tre sezioni sottili in aree del dipinto selezionate partendo dai dati di spettroscopia di immagine. I risultati ottenuti hanno fornito indicazioni sul modus operandi dell'autore e permesso di distinguere ciò che è originale e ciò che appartiene ad interventi di restauro successivo.