Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.14/14900
Título: Imagens hiperespetrais aplicadas ao estudo e conservação de obras pictóricas
Autor: Pereira, Luís Emanuel Bravo de Abreu Santos
Orientador: Manuel, Ana Maria Calvo
Fiadeiro, Paulo Torrão
Palavras-chave: Multiespetral
Hiperespetral
D-SLR
Metamerismo
Multispectral
Hyperspectral
Metamerism
Data de Defesa: 2014
Resumo: A ampla difusão presenciada, durante a última década, das câmaras fotográficas digitais do tipo Reflex (D-SLRs), veio abrir aos investigadores na área das Artes novas possibilidades, pois têm agora ao seu dispor uma ferramenta não apenas para documentar o estado de conservação de uma obra de arte, mas também para a examinar no espetro invisível (como por exemplo no infravermelho ou ultravioleta) ou para recolher e analisar informação no espetro visível, mas de uma forma inovadora e com novas aplicações. É neste âmbito que se enquadra a presente tese, que apresenta os resultados obtidos na construção, calibração e validação de um sistema hiperespetral baseado numa câmara digital comercial (uma Nikon D300 D-SLR) e que mostrou ser possível, operando inteiramente dentro da região visível do espetro eletromagnético, capturar imagens hiperespetrais compostas por 28 bandas, entre os 420 nm e os 690 nm, em passos de 10 nm (22 bandas são capturadas diretamente com o sistema e 6 são interpoladas), um número de bandas em alguns casos superior ao que é possível de obter com outros sistemas de imagiografia multiespetral ou hiperespetral, equipamentos por vezes mais complexos e dispendiosos que o aqui apresentado. Em comparação com o espetroradiómetro de referência (Photoresearch PR650), usando um alvo-padrão de 24 cores ColorChecker X-Rite, o sistema proposto mostrou bons resultados, apresentando uma boa precisão, suficiente para muitos dos usos, novos e promissores, associados à imagiografia hiperespetral. Em termos espetrais o sistema proposto apresenta em média erros de aproximadamente 3,4%, quantificados em termos de erro quadrático médio (RMSE ou Root Mean Square Error), e de 99,3% quantificados em termos de coeficiente de ajuste (GFC ou Goodness-of-Fit-Coefficient). No que diz respeito à qualidade colorimétrica, o sistema hiperespetral apresenta diferenças de cor médias na ordem 6,0968 unidades de ΔE , 3,8228 unidades de ΔE e de 3,6794 unidades de ΔE . Quanto aos índices de metamerismo, o sistema revela níveis de metamerismo médios de 1,1457, 1,2410, 0,8078 e 0,7777 para os pares de iluminantes “D65,A” e “D65,F2” quantificados em termos das diferenças de cor de ΔE e ΔE , respetivamente. A possibilidade de capturar imagens num número de bandas espetrais superior ao do que é possível com os modelos tradicionais de câmaras digitais, de três canais apenas, abre novas possibilidades uma vez que este tipo de registo contém valores de reflectâncias (informação que é independente do tipo de iluminante) e num número de bandas do espetro muito maior. Assim, com este tipo de registo é possível obter uma maior fidelidade na reprodução da cor do que o que seria possível apenas com fotografia convencional. Este tipo de registo apresenta também como vantagem o facto de não ser tão suscetível a problemas de metamerismo das cores, como é frequente em sistemas de reprodução tricromática. Com o presente trabalho mostramos algumas das possíveis aplicações de imagiografia hiperespetral. Em dois casos práticos, utilizando uma pintura do século XVI (Tríptico de Pentecostes, em Miragaia, Porto) e uma outra obra de arte do século XX (O Cabouqueiro, por Júlio Pomar), é possível pela observação de imagens monocromáticas de bandas espetrais de certos comprimentos de onda do espectro visível, detetar alterações nas pinturas e áreas com desenho subjacente, zonas de reintegração, repintes e outro tipo de informação, tradicionalmente apenas acessível usando imagens de radiação invisível. Através de programação com software adequado, foi possível testar virtualmente a aparência de obra de arte quando submetida a diferentes tipos de iluminantes ou fontes de luz, evitando experiências mais demoradas ou, em algumas situações, evitando submeter a obra de arte a stress desnecessário ou a radiações do espetro mais destrutivas.
has opened new possibilities to the investigators of work of arts, having now a tool not only to document the conservation state of a work of art but also to examine in the invisible spectrum (such as in Infrared or Ultraviolet) or to collect and analyze information in the visible spectrum in new ways. This is the case of the present work, which presents some results obtained on building, calibrating and testing a system using a commercial digital camera (a Nikon D300 D-SLR) that showed to be possible, entirely on the visible spectrum, to capture hyperspectral images composed of 28 bands, between 420 nm and 690 nm, in steps of 10 nm (22 bands are directly captured with the system and 6 are interpolated), a number of bands superior to many other multispectral and hyperspectral imaging systems built with more complex and expensive hardware. Compared to a reference spectroradiometer (Photoresearch PR650) using a standard 24 color chart ColorChecker X-Rite, the proposed system showed good results, indicating that it presents an accuracy good enough to many of the new and promising uses in hyperspectral imaging. It showed average values for RMSE (Root Mean Square Error) of 3,4% and 99,3% for GFC (Goodness-of-Fit-Coefficient); the colorimetric precision of the system presented values for color differences equations of 6,0968 units for ΔE , 3,8228 units for ΔE and 3,6794 units for ΔE ; the tested metameric indices showed values of 1,1457, 1,2410, 0,8078 and 0,7777 for iluminant pairs “D65,A” and “D65,F2”, all quantified in terms of color differences equations ΔE and ΔE , respectively. The possibility of capturing images in more bands than the traditional three channels color models (the RGB model, commonly used on digital camera’s sensors), opens new possibilities, because this type of data contains reflectance values (data independent of the type of illuminant) and in an higher number of wavelength bands. This type of data is more colour accurate than conventional photography and it is not susceptible to colours metamerism, a frequent problem with trichromatic reproduction systems. With the present work we have shown some of the possible applications of hyperspectral imaging. In a practical case using a XVI Century painting (Triptico de Pentecostes de Miragaia, Porto) and a XX Century work of Art (O Cabouqueiro, by Julio Pomar) observing and analyzing individual isolated bands in certain wavelengths of the visible spectrum, allowed us to detect alterations in paintings, areas with repainting, reintegration, under drawings and other type of information, traditionally only possible to obtain using invisible radiation imagery. Using adequate software programs it was possible to virtually test the appearance of the work of art in different types of illuminants or light sources, preventing more time-consuming experiences or, in both situations, avoiding submitting the work of art to unnecessary stress or more destructive radiations.
URI: http://hdl.handle.net/10400.14/14900
Aparece nas colecções:EA - Teses de Doutoramento / Doctoral Theses
R - Teses de Doutoramento / Doctoral Theses

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