Fotografia digitale per il rilievo e la rappresentazione di dettaglio. Processi image-based per la digitalizzazione a scala sub-millimetrica

Abstract

The widespread popularity of digital photography and the ongoing implementation of equipment with an extremely high processing power are among the main reasons for the extensive and popular use of image-based surveying techniques. However, especially in extreme conditions, such as activities involving the representation of sub millimetre details, the systematisation of photogrammetric applications at relatively low costs, as well as the methodological rigour imposed on the technique, generally constitute exceptions to widespread practice. Nevertheless, such circumstances are not to be considered as exceptions in the museum digitisation context, as in cases of accurate representations of numerous small artefacts; moreover, the demand also has a metrological character, as the level of accuracy of the generated models may allow experts to verify or formulate key hypotheses for the valorisation of the asset. The result is an unbalanced scenario, due to the presence of an offer limited both by application specificity and by best practices, thus creating a clear gap with the growing emerging demand catalysed by recent European actions for heritage digitisation. The reasons for a certain mistrust in the use of very close-range photogrammetry are mainly due to the necessary specialist knowledge and the costs, which are not always low, in addition to the further difficulties posed to the surveyor in situ, including the unfavourable context for complex survey campaigns. Through a necessary in-depth study of the topic and an examination of the instrumentation that can be used, the overall objective of the thesis work can be summarised as the proposal of innovative solutions for the accurate, descriptive and metric representation of objects with millimetre and sub-millimetre characteristics. The specific aim was to close a gap in the representation of objects that were too small for ordinary close-range workflows, or too large for the instruments used in precision micromechanics or microscopy of microorganisms. Hence, the key to this work lies in the systematisation of – truly accessible – approaches for the acquisition and restitution of digital models with a high power of detail, making it possible to reveal material characteristics, textures and morphologies that were hitherto not always perceptible and/or representable, and do it cost-effectively. In other words, the possibility of representing more data and on a larger scale. This aim is pursued both by codifying the use of: (i) apparatus commonly used for detailed photogrammetric applications, such as professional cameras with specific optics, but combined with ad hoc designed accessories; (ii) devices born in different fields and subsequently adapted for the purpose, e.g., portable USB microscopes. In this sense, the customisation of specifically designed accessories for the integration of USB microscopes in the photogrammetric process constitutes the innovative part of the experiment. This scenario will be dealt with by means of a compendium of ten articles written during the doctoral years, which place the purpose and results of the work in the broader context of the current state of international research and manifest the intention to conduct constant research work and continuous scientific verification and dissemination. The introduction to this context and the development of the research activity – a deliberately non-technical and/or specialised approach, connotations for which, otherwise, please refer to the following chapters – is geared towards outlining the motivations behind the thesis work, to promote and encourage reading. Following the contributions, technical considerations (see § Approfondimenti) contain more detailed analyses of the photographic and photogrammetric process and a description of the latest activities conducted, followed by a section of concluding considerations and observations on potential future developments. [edited by the Author]

La grande diffusione della fotografia digitale e la continua implementazione di attrezzature dalla capacità di elaborazione estremamente elevata costituiscono tra le principali ragioni dell’ampio e diffuso impiego di tecniche di rilievo image-based. Tuttavia, specialmente in condizioni limite, come attività di rappresentazione di dettagli sub-millimetrici, la sistematizzazione di applicazioni fotogrammetriche a costi relativamente contenuti, così come il rigore metodologico a cui la tecnica deve soggiacere, generalmente, costituiscono un’eccezione alla pratica comune. Eppure, tali circostanze non sono da considerarsi eccezionali nell’ambito della digitalizzazione museale, come nel caso di rappresentazioni accurate di numerosi piccoli reperti; la domanda, inoltre, ha anche un carattere metrologico, dal momento che il livello di accuratezza dei modelli generati può consentire agli esperti di verificare o formulare ipotesi chiave per la messa in valore del bene. Ne risulta un quadro sbilanciato, per la presenza di un’offerta limitata sia dalla particolarità delle applicazioni che dalle buone prassi, creando, quindi, un'evidente divergenza con la domanda emergente sempre più ampia, mobilitata dalle recenti azioni europee per la digitalizzazione del patrimonio. Le motivazioni di una certa sfiducia nell’utilizzo della fotogrammetria very close-range sono da imputare principalmente alle necessarie conoscenze specialistiche e ai costi, non sempre contenuti, oltre alle ulteriori difficoltà poste al rilevatore in situ, tra le quali l’incertezza del contesto adeguato a campagne di rilievo complesso. Attraverso un necessario approfondimento del tema e una disamina delle strumentazioni vagliabili, l’obiettivo generale del lavoro di tesi si può sintetizzare nella proposta di nuove soluzioni per una rappresentazione accurata, descrittiva e metrica, di oggetti con caratteristiche millimetriche e sub-millimetriche. Il fine specifico è stato quello di colmare un gap nella rappresentazione di oggetti che risultavano troppo piccoli per gli ordinari workflow close-range, o troppo grandi per le strumentazioni impiegate nel settore della micromeccanica di precisione o della microscopia di microrganismi. Per cui la chiave di lettura del lavoro è nella sistematizzazione di approcci – veramente accessibili – per l’acquisizione e la restituzione di modelli digitali con un elevato potere di dettaglio, consentendo di rivelare caratteristiche di materiali, texture e morfologie fino a ora non sempre percepibili e/o rappresentabili, e a costi perdipiù abbastanza contenuti. In altre parole, la possibilità di rappresentare un numero maggiore di dati e a una scala più grande. Tale scopo è perseguito sia con la codifica dell’impiego di apparati già utilizzati per applicazioni fotogrammetriche di dettaglio, quali fotocamere professionali con ottiche specifiche, però abbinate ad accessori progettati ad hoc, sia con dispositivi nati in ambiti differenti e successivamente adattati allo scopo, quali i microscopi portatili USB. In tal senso, la customizzazione di accessori ideati appositamente per l’inserimento dei microscopi USB nel procedimento fotogrammetrico costituisce la parte innovativa della sperimentazione. Questo scenario verrà trattato attraverso un compendio di dieci articoli scritti durante gli anni del dottorato, che collocano lo scopo e i risultati del lavoro nel più ampio contesto dello stato attuale della ricerca internazionale e manifestano il proposito di condurre un lavoro di ricerca costante e una continua verifica e divulgazione scientifica. L’introduzione a questo contesto e allo sviluppo dell'attività di ricerca – una presentazione volutamente di natura non tecnica e/o specialistica, connotazioni per le quali, diversamente, si rimanda ai successivi capitoli – è orientata a delineare le motivazioni sottese al lavoro di tesi, al fine di agevolarne e invogliarne la lettura. A valle dei contributi, considerazioni di carattere tecnico (cfr. § Approfondimenti) contengono delle analisi più dettagliate del processo fotografico e fotogrammetrico e la descrizione delle ultime attività condotte, a cui fa seguito una sezione di considerazioni conclusive e riflessioni sui possibili sviluppi futuri. [a cura dell'Autore]