Apr 4, 2017

Trattamento d’Immagine XII: Analizzare una foto complessa

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Il paragrafo precedente ha trattato di come creare una foto ad alta risoluzione a partire da singoli fotogrammi coprenti tutto il fossile ( http://www.trilobiti.com/forum/microscopia-e-ottica/trattamento-d-immagine-xi-creare-un-fotomosaico ). Utilizzerò questa fotografia per cercare di mettere in evidenza al meglio i dettagli che potrebbero sfuggire anche ad un’analisi attenta. Premetto che non si sta creando un nuovo dato, ma bensì si cerca di sfruttare al meglio gli strumenti disponibili per differenziare sottili sfumature di colore e le caratteristiche delle singole bande di colore che compongono la nostra foto.

Utilizzerò come strumento di lavoro principalmente il software Adobe Photoshop, ma come ho l’abitudine di dire, anche altri programmi di grafica (come l’open source GIMP) possono essere utilizzati con successo. La parte finale invece richiede l’utilizzo di programmi di trattamento d’immagine un po più complessi, come ArcGIS Desktop per effettuare un calcolo statistico sul file multibanda ed una correzione geometrica.

Ma andiamo con ordine.

Abbiamo visto nel primo paragrafo che un’immagine in RGB la si può convertire anche in un’immagine in formato LAB per poter lavorare sulla Luminosità ed i parametri (a) e (b): http://www.trilobiti.com/forum/microscopia-e-ottica/trattamento-dimmagine-i-bilanciamento-colori-lab-e-bn .

Questo permette di contrastare maggiormente i colori che caratterizzano il fossile e la matrice e questo con lo scopo di mettere in evidenza sottili differenze di tonalità e colore. I paragrafo che ho citato poc’anzi illustrava anche la possibilità di convertire l’immagine in livelli di grigio simulando l’utilizzo di filtri di colore, con lo scopo di selezionare ed estrarre informazioni particolari. Nell’immagine sottostante ho visualizzato tre immagini differenti dello stesso soggetto, utilizzando i filtri Rosso, Infrarosso e NeutralDensity:

Questi tre filtri (tra molti altri disponibili, e che sono personalizzabili) permettono, in questo caso particolare, di selezionare ed evidenziare in toni di grigio i colori filtrati da questi “filtri virtuali”. Il risultato differirà se il mio fossile presenta ovviamente colori differenti, quindi praticamente per ogni esemplare occorrerà effettuare dei test a priori per verificarne il risultato e l’interesse nel loro utilizzo.

Queste tre immagini ora le ricompongo in una singola immagine RGB per ottenere una foto in falsi colori (a destra, sotto) in cui i livelli di grigio si addizionano dando uno spettro di colori ancora differente dall’immagine a colori naturali (a sinistra), ed il LAB calcolato in precedenza (in centro). Le tre foto messe una accanto all’altra si presentano ora cosi’:

In ciascuna di queste immagini si possono osservare caratteristiche differenti, che mettono in evidenza strutture, forme, dettagli che non sono visibili (o per meglio dire, che sono poco visibili) nelle altre foto.

 

Come poter sfruttare al meglio ogni peculiarità di queste immagini e “distillare” le informazioni più pertinenti, o quali sono le strutture, tessiture, superfici che si presentano contemporaneamente in tutte le immagini con una variazione minima di colore, contrasto, nitidezza…?

 

Qui utilizzo una tecnica spesso impiegata nell’analisi di immagini satellitari multi ed iperspettrali per poter estrarre i pixel più “puri” o meglio per poter ottenere delle immagini che presentano lo stesso livello di varianza. Questa tecnica prende nome di Analisi delle Componenti Principali (o Principal Component Analysis –PCA-) e permette di poter ridurre il numero di bande significative contenenti i valori più interessanti via calcoli di statistica multivariata.

Tralascio la teoria che potrete trovare qui: https://it.wikipedia.org/wiki/Analisi_delle_componenti_principali per i più coraggiosi.

Le tre immagini sono state importate nel programma ESRI ArcGIS e fuse assieme al fine di creare un singolo file di 9 bande (3 R/G/B + 3 L/A/B + 3 Red/Infrared/Naturaldensity).

Il nuovo file è stato analizzato con la tecnica della PCA per ottenere come risultato un nuovo file (sempre composto da 9 bande) che contiene le immagini più significative in ordine decrescente, in genere le prime 3-4 immagini sono le più interessanti da analizzare (ma questo dipende dal numero di bande originarie e la qualità delle stesse). Il file in formato tiff che ottengo lo scompongo in Photoshop nei differenti canali e questi ora mi appaiono come segue (dopo aver corretto l’istogramma dei livelli di grigio):

La prima banda è quella che contiene più informazioni sull’insieme del campione, con la matrice inclusa, ed a partire dalla banda 2,3,4… le informazioni si fanno sempre più confuse e poco chiare.

Ma particolare attenzione è posta sulla banda numero2 (chiamata alfa1, in alto al centro nell’immagine precedente).

Di essa si osservano chiaramente delicate strutture che risultano poco evidenti nelle foto a colori.

La stessa analisi è stata compiuta utilizzando la controparte, in cui si osservano dettagli che non risultano presenti nella prima sezione.

Il risultato ottenuto lo possiamo sovrapporre alla precedente immagine utilizzando dei punti di controllo al fine di correggere la deformazione geometrica dovuta ad eventuali errori causati dalla differente prospettiva, angolo di acquisizione (anche un solo grado di differenza conta), distanza rispetto all’obiettivo fotografico.

Le due immagini a confronto, sebbene simili ad una prima osservazione, evidenziano comunque delle leggere differenze.

La fusione dei due fotogrammi in Photoshop ha permesso di ottenere l’immagine finale definitiva.

Infine il paragone tra l'immagine d'origine e quella risultante dopo il trattamento descritto sino qui:

A partire da questa base si potrà infine cominciare la ricostruzione grafica dell’esemplare, per poterne fare una rappresentazione la più realistica possibile.

Beninteso per poter avere una ricostruzione la più fedele possibile, più esemplari della stessa specie sono necessari in quanto la conservazione delle parti molli, ed il grado di fossilizzazione non permettono spesso di avere l’esemplare completo.

 

Questo sarà oggetto di un prossimo capitolo…

Amico stai scrivendo una guida importantissima per quanti ci leggono!!! E' oro quello che stai postando!

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