Imaging iperspettrale: strumento di rilevamento non distruttivo per scoprire i "codici invisibili" dei capolavori del Rinascimento

Per commemorare il 500° anniversario della morte di Raffaello, la Galleria Borghese di Roma ha utilizzato l'imaging iperspettrale (HSI) combinato con la Macro X-ray Fluorescence (MA-XRF) per completare un'ispezione non distruttiva a pieno fotogramma e sub-millimetrica del capolavoro rinascimentale "La Deposizione" (Compianto funebre Baglioni). Questa tecnologia è come dare a un famoso dipinto una "TAC spettrale non invasiva", penetrando negli strati di pigmento per rivelare disegni sottostanti, tracce di modifiche e codici di pigmenti nascosti per oltre 500 anni, permettendoci di comprendere l'intero processo creativo del maestro.

I. Cos'è l'imaging iperspettrale?

L'imaging iperspettrale, in parole povere, è un "due in uno" di "imaging + spettroscopia". Non si limita a catturare un'immagine; registra le informazioni spettrali complete di ogni pixel dalla luce visibile all'infrarosso a onde corte (400-1700 nm), trasformando una foto ordinaria in un cubo di dati tridimensionale disponibile per analisi approfondite.

Lo scanner iperspettrale nel visibile-vicino infrarosso-infrarosso a onde corte utilizzato in questo studio è stato specificamente progettato per i beni culturali: adotta la scansione push-broom con risoluzione estremamente elevata e l'illuminazione è concentrata solo su una piccola area, causando quasi nessun danno al dipinto; anche di fronte a pannelli di legno curvi, è possibile garantire un'immagine chiara attraverso la correzione ottica. Il team di ricerca ha scansionato l'intero dipinto in 8 segmenti e poi li ha ricuciti con precisione per ottenere dati spettrali ultra-grandi, ottenendo un'analisi a pieno fotogramma e senza angoli ciechi, allontanandosi completamente dai limiti del tradizionale campionamento puntuale.

II. Vedere le "Creazioni Invisibili" di Raffaello

La più grande capacità dell'imaging iperspettrale è quella di vedere informazioni sottostanti invisibili all'occhio nudo. Con l'aiuto di algoritmi come l'Analisi delle Componenti Principali (PCA) e il Minimum Noise Fraction (MNF) per elaborare i dati spettrali, il "contenuto invisibile" all'interno della cornice emerge uno per uno.

Nello sfondo del cielo, l'elaborazione spettrale ha inaspettatamente scoperto paesaggi coperti: alberi e vegetazione originariamente chiaramente delineati sono stati successivamente ammorbiditi da Raffaello per fondersi con il cielo blu, facendo sembrare lo spazio più profondo; anche le forme delle montagne sono cambiate da affilate a arrotondate. Queste tracce di modifiche negli strati intermedi di pigmento sono prove chiave difficili da catturare con l'infrarosso o i raggi X tradizionali, ripristinando direttamente il processo di aggiustamento compositivo del maestro.

Ancora più sorprendente è il disegno sottostante. La tradizionale riflettografia infrarossa può vedere chiaramente solo le linee a base di carbonio, mentre l'imaging iperspettrale, selezionando le bande infrarosse ottimali e sintetizzando immagini a falsi colori, presenta chiaramente disegni sottostanti più fini: tratteggio sui volti dei personaggi maschili e contorni marcati sulle guance e sulle labbra della Vergine Maria, che in precedenza erano completamente nascosti. Ciò dimostra che i disegni sottostanti di Raffaello sono stati completati in più fasi utilizzando materiali diversi, rendendo il processo creativo molto più complesso di quanto immaginato.

III. Iperspettrale + XRF decifra il codice del pigmento rosso

L'imaging iperspettrale da solo non può determinare completamente i componenti dei pigmenti; se utilizzato in combinazione con MA-XRF, formano un duo d'oro "spettroscopia molecolare + analisi elementare", decifrando con precisione il codice rosso centrale di questo dipinto.

I ricercatori hanno utilizzato lo Spectral Angle Mapping (SAM) per dividere il rosso in tre tipi di caratteristiche spettrali: due tipi corrispondenti a lacche rosse e un tipo corrispondente al vermiglione. Quindi, incrociando la mappa di distribuzione degli elementi dalla fluorescenza a raggi X: i segnali di mercurio (Hg) sono apparsi solo nelle aree di vermiglione, i segnali di potassio (K) hanno confermato le lacche rosse e il ferro (Fe) non era correlato al rosso, escludendo il rosso ossido di ferro.

Alla fine, è stato confermato: Raffaello ha utilizzato solo due materiali rossi, vermiglione e lacca rossa, e ha utilizzato tre tecniche: applicazione spessa a strato singolo, velature multistrato e lacca rossa su vermiglione, per creare strati ricchi. Solo la figura centrale, Grifonetto, ha utilizzato "base di vermiglione + velatura di lacca rossa" per evidenziare il suo status. Questo modo rigoroso ma ingegnoso di usare il colore è stato rivelato per la prima volta.

IV. La futura tecnologia centrale per la protezione dei beni culturali

Questa cooperazione transfrontaliera tra tecnologia e arte dimostra pienamente il valore unico dell'imaging iperspettrale nella protezione dei beni culturali: completamente non distruttivo, penetrazione profonda, analisi globale e archiviabilità dei dati.

Non richiede campionamento né danneggia il dipinto per scavare disegni sottostanti, stratificazioni, pigmenti e tracce di restauro, diventando uno strumento standard per la ricerca museale, il restauro e la protezione digitale.

Dai disegni sottostanti invisibili alle composizioni coperte e poi alle precise formule di pigmenti, l'imaging iperspettrale fa "parlare" i capolavori delle loro storie creative. Non è solo una tecnologia all'avanguardia, ma un ponte che collega la storia dell'arte e la scienza dei materiali, proteggendo e decodificando il patrimonio culturale più prezioso dell'umanità nel modo più delicato.