(domanda di brevetto italiana presentata il 27/06/2008 – prot. n. RM2008A000343)
Sistema innovativo
Il sistema sintetizza ed ottimizza gli ultimi progressi dell’automatizzazione dell’informatica e dell’analisi digitale delle immagini.
E’ stato studiato specificatamente per i laboratori e le imprese che sono interessate allo svolgimento di analisi di dettaglio, per quanto sofisticate, in maniera rapida, efficiente, economica e significativa dal punto di vista scientifico.
Si tratta di un sistema sviluppato per soddisfare le esigenze tecnico-operative che si presentano in fase di selezione dell’immagine (da sezioni sottili, sezioni lucide ecc.) a partire da una ricerca di mercato dei sistemi attualmente esistenti ed attraverso una complessa ricerca tecnico-scientifica dei parametri attualmente in uso.
La maggior parte dei sistemi di analisi d’immagine si riferisce a metodologie automatizzate applicate, oltre che al settore medicale e farmaceutico, al settore metallurgico ed alla caratterizzazione di polveri e fibre; tuttavia, in nessuna di queste applicazioni è possibile effettuare una caratterizzazione mineralogico-petrografica dei grani, differenziarli in diverse classi e quindi farne l’idonea parametrizzazione.
Il software E.I.M.A., progettato per aumentare la produttività e la precisione delle analisi, in modo che siano obiettive e garantiscano risultati maggiormente riproducibili e rappresentativi, fornisce un sistema integrato di selezione dell’immagine e di calcolo dei parametri da eseguire su sezioni sottili e/o sezioni lucide. Si possono così ottenere in maniera completamente automatizzata:
- analisi granulometrica percentuale in numero, in aree ed in “peso estrapolato”;
- analisi morfologica completa (secondo 16 differenti sistemi di valutazione);
- percentuale delle fasi;
- spessore degli strati.
Il sistema prevede l’utilizzo contemporaneo di due monitors, il primo per 
visualizzare le immagini acquisite da elaborare (ad esempio immagini in Nicols paralleli ed incrociati sovrapposte su differenti livelli) ed il secondo per avere la stessa immagine in “live” in modo di poter identificare in maniera diretta le differenti fasi mineralogiche con l’aiuto del microscopio. Per la migliore funzionalità possibile i comandi del software sono raggruppati all’interno di maschere spostabili a piacimento sui due monitor in base alle diverse esigenze analitiche.
La realizzazione e la messa a punto del software sono state curate dal settore di ricerca e di sviluppo tecnologico de Il Cenacolo (con il contributo erogato dalla FILAS S.p.A. – L.R. 23/86 come modificata dall’art. 19 della L.R. 10/01), una società che lavora da più di venti anni nel campo della diagnostica e della progettazione del restauro di monumenti e dunque conosce bene l’esigenza di ottenere un’analisi dettagliata in tempi rapidi ed a partire da piccole quantità di campione analizzabili, con risultati precisi ed attendibili.
In considerazione di ciò il software EIMA è consigliato, oltre che ai differenti settori della geologia (sedimentologia, mineralogia, petrografia), anche per la caratterizzazione dei materiali lapidei naturali ed artificiali impiegati nella realizzazione dei Beni Culturali. Per questo motivo tra i sistemi di riferimento utilizzati dal software sono presenti le carte visive riportate nelle normative UNI 11176 (ex Racc. NorMaL 12/83).
Caratteristiche
I. Selezione oggetti
La selezione esatta dei contorni dei granuli è fondamentale per la successiva misura dei parametri mineralogici e petrografici: il software EIMA è stato pensato per rendere quanto più possibile agevole questa selezione da parte dell’operatore, che ha a disposizione una serie di strumenti appositamente sviluppati ed è facilitato dalla possibilità di sovrapporre alle immagini acquisite al microscopio dei filtri per evidenziare i contorni dei granuli. Gli oggetti selezionati, una volta caratterizzati tramite l’osservazione in diretta sul secondo monitor, possono essere assegnati alle rispettive classi tramite una libreria personalizzabile.
II. Misurazione
Il sistema misura in automatico per ognuno degli oggetti selezionati alcune grandezze come il perimetro, i diametri massimo e minimo, il diametro massimo inscritto ed il diametro minimo circoscritto, l’area, il centroide ed altri: dalla media di questi parametri (calcolata sul totale degli oggetti selezionati o per classi) sono poi estrapolati i parametri utili per la caratterizzazione minetalogico-petrografica.
III. Analisi granulometrica
L’analisi granulometrica è ottenuta per via statistica calcolando i parametri definiti da Folk e Ward nel 1957 (istogramma di frequenza, curva cumulativa, media, mediana, deviazione standard, skewness, kurtosis). I risultati sono presentati sia come numero di oggetti per classe granulometrica, sia come stima del peso (mediante estrapolazione del volume equivalente di una sfera e successiva attribuzione del relativo peso specifico).
IV. Analisi morfologica e morfometrica
Sono calcolati i principali parametri morfologici come arrotondamento (sia secondo il modello di Wadell del 1932 che secondo quello di Krumblein del 1941) e sfericità (di Riley e di altri). Tra i riferimenti utilizzati sono presenti anche 16 parametri e 5 carte di comparazione visiva definiti verificando ed ampliando quanto riportato nelle attuali norme per i Beni Culturali (UNI 11176, ex Racc. NorMaL 12/83).
La “taratura” del software è stata realizzata analizzando con il sistema EIMA tutte le carte visive più comunemente impiegate nello studio dei sedimenti e dei materiali sciolti in geologia, verificando successivamente la reale efficacia di applicabilità nello studio delle sezioni sottili e lucide.
V. Analisi della macroporosità
L’analisi morfologica e morfometrica può essere applicata anche alla porosità quando questa viene opportunamente selezionata. Il sistema fornisce l’istogramma di frequenza delle relative quantità.
VI. Rapporto legante/aggregato e tra fasi
Il software permette di ricavare l’abbondanza percentuale delle diverse fasi cui è stata attribuita una classe e quindi di poter visualizzare il rapporto tra legante ed aggregato nelle malte, quello tra pasta di fondo e scheletro smagrente nei laterizi, quello tra matrice, cemento e grani in una roccia detritica.
VII. Rapporti personalizzati delle analisi
Tutti i dati forniti dal software sono facilmente esportabili per poter redigere una presentazione chiara e professionale utilizzando utilizzando i più comuni word processor esistenti.
Sperimentazione
La progettazione e lo sviluppo del sistema EIMA, dopo una preliminare prova di fattibilità, sono stati accompagnati da un approfondito lavoro di ricerca e di sperimentazione, incentrato sulla formulazione e preparazione di numerose malte standard con diversi tipi di aggregato, da analizzare sia mediante il software che con altre tecniche analitiche di confronto. Questo studio, completamente eseguito nei laboratori de Il Cenacolo, è stata necessario per la messa a punto e l’ottimizzazione del software e per la verifica dei risultati.
Tutte le fasi della ricerca sono riportate in dettaglio nel diagramma di flusso che segue.
Sulla base dei risultati acquisiti con la prova di fattibilità si è definita la serie di malte standard da realizzare, facendo in modo di ottenere il più amplio spettro di tipologie da analizzare. Sono state così formulate 59 diverse malte suddivise in 5 tipologie:
- n. 3 “malte” con sola calce
- n. 8 malte con calce e sfere di ceramica (SC)
- n. 16 malte con calce e marmo frantumato (M)
- n. 16 malte con calce e sabbia di fiume (SF)
- n. 16 malte con calce e pozzolana (P)
I provini così realizzati sono stati sottoposti a dei cicli di carbonatazione 
accelerata e successivamente analizzati: sono state allestite delle sezioni sottili per l’osservazione con il software EIMA, sono state eseguite delle prove di disgregazione per l’estrapolazione della curva granulometrica, delle calcimetrie per il calcolo del rapporto legante/aggregato e sono stati determinati alcuni parametri fisici (anche dei soli aggregati).
Il confronto dei dati ottenuti ha permesso di valutare la bontà del sistema, dimostrando l’attendibilità e la riproducibilità dei risultati forniti.
Requisiti hardware
Caratteristiche minime dell’hardware
- Processore: Pentium 4 – 3.2 GHz
- RAM: 1Gb DDR
- HardDisk: 200GB – 7200rpm
- Scheda video: VGA Matrox 650 DH 64 Mb
- Sistema operativo: Windows XP (Professional – Home con SP2)
- Monitor: due con risoluzione min. 1280 x 1024 pixel
- Sistema di acquisizione d’immagine: risoluzione min. 3.2 Mpixel (es. fotocamera digitale, scanner)