I. INTRODUCCIÓNLa aplicación de técnicas de análisis digitalde imágenes a diferentes áreas científicas talescomo las ciencias biomédicas, la prospección geo-lógica o la teledetección espacial es en la actuali-dad una importante herramienta para laobtención, gestión y explotación de datos analíti-cos que encuentra campos de aplicación cada vezmás extensos. Con respecto al arte rupestre, apesar de que el uso de estas técnicas puede cons-tituir una importante fuente de obtención de datosexplotables tanto desde el punto de vista estricta-

mente arqueológico como desde puntos de vistamás patrimonialistas, interesados en los aspectosrelativos a la conservación, no se han hecho prác-ticamente aplicaciones que superen el umbral delretoque fotográfico, fundamentalmente con herra-mientas informáticas basadas en o similares a elsoftware Adobe Photoshop. Las potencialidadesdel análisis digital de imagen son, no obstante, mu-chas, como hemos puesto de relieve en otros luga-res (Rogerio-Candelera 2009a;b), tanto para laobtención de datos analíticos como para la elabo-ración de calcos ajustados a la realidad, una tareaque, cuando se efectúa con métodos tradicionales

ANÁLISIS DE IMAGEN DE PINTURAS RUPESTRES DEL YACIMIENTO DE FAIA(PARQUE ARQUEOLÓGICO DE VILA NOVA DE FOZ CÔA, GUARDA, PORTUGAL)

IMAGE ANALYSIS OF ROCK PAINTINGS OF FAIA SITE (PARQUE ARQUEOLÓGICO DE VILA NOVA DE FOZCÔA, GUARDA, PORTUGAL)

Miguel Ángel Rogerio Candelera (1) / Sofía Soares de Figueiredo (2) / Pedro Guimarães (3) / António Martinho Baptista (4)(1) Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, Consejo Superior de Investigaciones Científicas(2) Unidade de Arqueologia da Universidade do Minho. Centro de Investigação Transdisciplinar Cultura, Espaço e Memória(3) 4See Photographers(4) Parque Arqueológico do Vale do Côa

RESUMEN: El yacimiento rupestre de Faia se inscribe en un estrecho cañón granítico excavado por el río Côa. Susmanifestaciones rupestres constituyen el mayor conjunto de pinturas paleolíticas y postpaleolíticas del ciclo ru-pestre del Valle del Côa. Se trata de una serie de motivos pintados en diferentes rocas expuestas a la acción directade los elementos. En este trabajo se estudian mediante técnicas de descorrelación de imágenes digitales dos ma-nifestaciones de la Roca 1 de difícil visualización, lo que se traduce en una dificultad añadida para elaborar sucalco, ya que el tono rojizo de la roca soporte enmascara las áreas pintadas, además del ocultamiento parcial delas pinturas que produce la proliferación de líquenes y biofilms fototróficos en la superficie de la roca. Las bandasobtenidas mediante análisis de Componentes Principales permitieron diferenciar las diferentes cubiertas mediantesu utilización en imágenes en falso color. La utilización de estas técnicas permite la elaboración de calcos ajusta-dos sin necesidad de contacto con los paneles pictóricos, así como cartografiar los distintos elementos relaciona-dos con su conservación, abaratando sensiblemente en términos de tiempo la documentación de paneles rupestressin afección de ningún tipo a los bienes culturales documentados.

SUMMARY: Faia rock art site is located in a narrow granitic canyon dug by the river Côa. Rock art representationsof this site constitute the major set of palaeolithic and postpalaeolithic paintings of Côa Valley rupestrial cycle.The site is composed by several motifs painted on exposed rocks. The two studied panels are of problematic visua-lization, which difficult tracing as the reddish tone of the supporting rock mask the areas in which the pigment wasapplied, and also the partial hiding of the paintings by the proliferation of lichens and phototrophic biofilms on therock surface. The digital images, highly correlated, were digitally decorrelated by means of Principal ComponentsAnalysis to improve visualization, allowing the differentiation of the pixels corresponding to different coverages bymeans of false-colour images The implementation of these techniques sensibly reduces time employed in docu-mentation, avoiding the risk of affection of the documented cultural assets.

PALABRAS CLAVE: Arte rupestre, Faia, Valle del Côa, análisis de Componentes Principales, análisis de imagen.

KEY WORDS: Rock art, Faia, Côa Valley, principal Components Analysis, image Analysis.

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consume por lo general mucho tiempo y, en mu-chos casos, no está exenta de subjetividad ademásde constituir una fuente de riesgos para la integri-dad del bien (Carrera Ramírez 2002; Rogerio-Can-delera 2009c).Una de las posibilidades del análisis digitalde imagen aplicado amotivos de arte rupestre con-siste en la mejora de la visualización en motivospoco visibles a simple vista pormedio de la aplica-ción de algoritmos de descorrelación digital deimágenes (Gillespie et al. 1986; Mark y Billo 2006;Vicent García et al. 1996). Para estos fines, el aná-lisis de Componentes Principales (Principal Com-ponents Analysis, PCA) es una herramienta deprimer orden, puesto que, sin pérdida de informa-ción con respecto a los datos de las imágenes ori-ginales, permite la explicación de cantidadesprogresivamentemenores de varianza en cada unade las bandas resultantes.En este trabajo se aplica una estrategia queimplica la descorrelación de los niveles digitales defotografías convencionales RGB y la elaboración deimágenes en falso color a partir de las bandas re-sultantes para mejorar la visualización de variospaneles rupestres.II. MATERIAL Y MÉTODOSLugar de MuestreoEl núcleo de arte rupestre de Faia (Cida-delhe, Portugal) se encuadra entre las manifesta-ciones parietales al aire libre declaradasMonumento Nacional e inscritas en la lista de Pa-trimonio Mundial de la UNESCO en 1998 como“Arte Rupestre del valle del Côa”. Nuestro lugar deestudio se inscribe en un contexto geográfico do-minado por macizos graníticos que, cortados porel río, forman un cañón profundo y estrecho. Eneste corredor, y particularmente a partir del iniciode su estrangulamiento, en el sentido Norte-Sur, sesitúan las rocas al aire libre en las que se emplazanlasmanifestaciones parietales (Figura 1). El accesoes difícil y condicionado por el nivel de las aguasdel río Côa, haciéndose casi imposible en inviernoslluviosos. Sin excepción, todas las representacio-

Fig. 1. Situación del núcleo de arte rupestre de Faia.nes parietales de este núcleo se sitúan en la mar-gen izquierda del río.A diferencia del resto de lasmanifestacionesrupestres del Côa, grabadas en su granmayoría, latécnica de realización de los paneles de Faia es lapintura con ocre rojo. Los paneles que constituyenel objeto de este trabajo se sitúan en la Roca 1. Setrata de un panel con dos bóvidos seminaturalis-tas y otro con una figura antropomorfa semies-quemática (Figura 2). La contextualizacióncronológica de los motivos postpaleolíticos pinta-dos de Faia es bastante discutible. A los calcos re-alizados en los años noventa del siglo pasado, hanseguido pocos estudios interesados en compren-der mejor estas manifestaciones artísticas. Dife-rentes estilísticamente del conjunto dominante, lospaneles aquí tratados presentan, de acuerdo conSanches (2003: 160), características propias delarte de las poblaciones del Mesolítico/Neolíticopeninsular. Para otros autores, tanto el panel delos bóvidos como la figura antropomorfa se en-cuadrarían en el “Estilo V”, entrando así en crono-logías holocenas relacionadas culturalmente conmodos de producción epipaleolíticos (Bueno Ra-mírez et al. 2007). Otras interpretaciones destacanla semejanza entre los bóvidos seminaturalistas yla figura antropomórfica semiesquemática con losmodelos de la pintura levantina, situándolos cro-nológicamente en una fase antigua del Neolítico(Carvalho 1999: 66). Las interpretaciones más re-

cientes de dos de los autores de este trabajo (Bap-tista 1999; 2009; Figueiredo 2009) apuntan tam-bién a un período correspondiente al Neolíticoantiguo. Futuros estudios centrados en el arte es-quemático del nordeste portugués permitirán ob-tener otros datos que sin duda acudirán en apoyode nuevas interpretaciones para las pinturas pos-tpaleolíticas de Faia.Análisis de imagenA partir de imágenes digitales convenciona-les de tres bandas (espacio de color RGB) captadascon una cámara reflex digital Canon EOS 5D colo-cada en posición normal a los motivos rupestres ycon iluminación natural, se calcularon las Compo-nentes Principales (CP) por el método de lamatrizde covarianzas. Utilizando las CPminoritarias (se-gunda y tercera) como bandas RGB se elaboraronimágenes en falso color para permitir la mejora dela visualización de los motivos. Para el cálculo de

las CP y la elaboración de imágenes en falso colorse utilizó el software HyperCube (Army GeospatialCenter, Estados Unidos). A partir de las bandas deCP más apropiadas y de las imágenes en falsocolor, convertidas a escala de grises, se elaboraronimágenes binarias utilizando el software ImageJ(National Institutes of Health, Estados Unidos). Losresultados se vectorizaron utilizando CorelDRAWGraphic Suite X3 (Corel Corporation, Canadá). Elresultado de la vectorización se exportó en for-mato .dwg para asegurar su compatibilidad consoftware CAD. La Figura 3 resume los protocolosde trabajo utilizados, producto de la optimizaciónde los empleados en un trabajo anterior (Rogerio-Candelera et al. 2009a).III. RESULTADOSGrupo de los bóvidosLa aplicación del protocolo descrito a foto-

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Fig. 2. (A) Panel de los bóvidos. (B) Figura antropomorfa. Fotografías de P. Guimarães.

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Fig. 3. Protocolo empleado para el análisis de imagen en estetrabajo.grafías digitales del panel de los bóvidos de la Roca1 de Faia permitió elaborar, como resultado final,un calco vectorial detallado de las dos representa-ciones. El análisis de Componentes Principalesmostró que la imagen original estaba altamentecorrelacionada, lo que se traduce en que la mayorparte de la información se recoge en la banda co-rrespondiente a la Componente Principal 1(96,37%), mientras que las Componentes Princi-pales minoritarias explican, respectivamente un3,44 y un 0,19% de la información (Tabla 1). Vi-sualmente, las bandas producto del Análisis deComponentes Principales muestran que la terceraCP es la que separa mejor la cubierta pictórica,

aunque la señal reflejada por algunos líquenes fo-liáceos del centro de la imagen aparece codificadaen niveles de gris semejantes a los de las figuraspintadas (Figura 4). Por el contrario, la respuestaespectral en la segunda Componente Principalayuda a distinguir claramente entre pintura y lí-quenes, ya que los niveles de gris que correspon-den a las áreas pintadas se distribuyen entre160-180, mientras que en las zonas correspon-dientes a los líquenes, los niveles de gris varíanentre 0 y 110. Para elaborar el calco, minimizandola información redundante que impide una co-rrecta visualización, pareció aconsejable utilizarlas dos componentes minoritarias, con las que seelaboró una imagen en falso color utilizando dosveces la banda que definía mejor la pintura (CP3).

Tabla 1. Autovalores obtenidos al calcular las ComponentesPrincipales de la imagen del panel de los bóvidos.La imagen resultante (Figura 5) permite de-finir, con tan sólo el 3,63%de la información reco-gida en la imagen original, de un lado la pintura y,de otro, las diferentes comunidades liquénicas queproliferan sobre la roca, afectando no sólo al so-porte sino también al panel pictórico. El resto dela información contenida en la imagen original serelaciona con el microrelieve y el tono general dela roca soporte. A partir de este punto, la elabora-ción del calco fue relativamente sencilla, y consis-tió en la conversión a escala de grises de la imagenen falso color y la binarización a partir de la selec-ción de los intervalos de gris pertinentes para se-parar las manifestaciones pintadas de lasdiferentes cubiertas bióticas. El resultado se alma-cenó en imágenes binarias diferentes.Las imágenes binarias obtenidas constitu-yen la base para la vectorización de las diferentescubiertas incluidas en el calco. La vectorización se-parada de las mismas permite la creación de cu-biertas gestionables con sistemas de información

ComponentePrincipal Autovalor Covarianza expli-

cada (%)1 2,59E+08 96,372 9,24E+06 3,443 5,24E+05 0,19Total 2,69E+08 100

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Fig. 4. Bandas producto del análisis de Componentes Principales de una imagen del panel de los bóvidos. (A) CP1, (B) CP2, (C) CP3.

Fig. 5. Imagen en falso color del grupo de los bóvidos elabo-rada a partir de las CP minoritarias (CP3, CP3, CP2).

geográfica o entornos CAD, permitiendo bien eltrabajo con cada una de las diferentes cubiertaspor separado (Figura 6), bien la elaboración delequivalente a los mapas temáticos del sistema enel que se incluyen las manifestaciones rupestres.Figura antropomorfaLa estrategia de análisis de imagen para lafigura antropomorfa fue en esencia la misma quepara el panel de los bóvidos. Se optó, no obstante,por trabajar sólo con la parte de la imagen en laque presuponíamos la existencia de pintura puestoque la presencia de una grieta profunda en el so-porte, producía tonos muy oscuros que distorsio-naban el resultado final. Siguiendo este enfoque, latercera CP se mostró como la más relevante paradestacar la presencia de pintura (Figura 7). Comomuestra la Tabla 2, esta CP reflejaba un 0,08% dela información presente en el área de la selecciónefectuada, contra un 98,3% de la primera y un1,62% de la segunda. Las imágenes en falso colorconstruidas como en el caso de los bóvidos, per-mitían una buena apreciación de la pintura, si bien,para la elaboración del calco vectorial se utilizó tansólo la imagen correspondiente a la tercera CP, ya

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Fig. 6. Cubierta vectorial de la capa pictórica sobre microto-pografía del fondo del panel de los bóvidos.

que la pintura aparecía suficientemente contras-tada. En el caso de esta figura, aunque existe colo-nización liquénica, la superficie que ocupa esmuchomenor que en el caso de los bóvidos. La se-gunda Componente Principal es la que permite unadetecciónmás certera, si bien con alguna informa-ción topográfica que se confunde con el gris másoscuro de los líquenes. La imagen en falso colorelaborada con las tres CP aclara la cuestión, de-

jando en tonos azulados las sombras producto dela microtopografía del soporte y en tonos rosadosla señal correspondiente a la colonización liqué-nica (Figura 8).IV. DISCUSIÓNLa cuestión de lo que debe o no reflejar uncalco permanece abierta. En buena lógica, la infor-mación recogida en un calco debe resultar de uti-lidad para alcanzar los objetivos del trabajo que selleve a cabo. En muchas ocasiones, los calcos sonel medio casi exclusivo de publicar el arte rupes-tre, por lo que la información recogida en ellos de-bería ser lo más exhaustiva posible.Tradicionalmente, el calco se entiende como unareproducción lo suficientemente fiable de los mo-tivos rupestres, elaborada para el conocimientodel mismo y la comparación con otrosmotivos. Eneste tipo de calcos, que podríamos llamar clásicosa pesar de que las soluciones adoptadas son casitan amplias como el número de investigadores quese han dedicado al arte rupestre, casi sólo tiene ca-bida la reproducción de losmotivos, que aparecenen muchas ocasiones descontextualizados de suentorno físico. La roca soporte se representa en al-gunos casos como un mero fondo en el que situarlas manifestaciones, a veces complicando su lec-tura. Enfoques recientes hacen hincapié en la ne-cesidad de representar las líneas estructuralesmásrelevantes del soporte (así, por ejemplo, DomingoSanz y LópezMontalvo 2002), con lo que se aportauna información adicional importante cuando setrata de elaborar estrategias de conservación o ex-plicar los procesos tafonómicos que han tenidolugar (Rogerio-Candelera 2009b). Sin embargo,otro tipo de información relevante, como es la pre-sencia de elementos de carácter biótico suscepti-bles de producir el biodeterioro de lasmanifestaciones rupestres, brilla por su ausenciaen los calcos.El concepto de calco integral que hemos de-fendido en otros lugares (Rogerio-Candelera20081; 2009a) parte de considerar las representa-

Tabla 2. Autovalores obtenidos al calcular las ComponentesPrincipales de la imagen del panel del antropomorfo.

ComponentePrincipal Autovalor Covarianza expli-

cada (%)1 2,62E+08 98,32 4,32E+06 1,623 2,22E+05 0,08Total 2,67E+08 100

1 ROGERIO-CANDELERA, M.A. (2008). Una propuesta no invasiva para la documentación integral del arte rupestre. Trabajode Investigación, Universidad de Sevilla.

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Fig. 7. (A) Tercera CP de la figura antropomorfa, (B) Falso color (CP3, CP3, CP2), (C) Imagen binaria a partir de la CP3, (D) Vecto-rización de la imagen binaria.

Fig. 8. (A) Segunda CP de la imagen del antropomorfo, (B)Falso color (PC1, PC2, PC3) quemuestra, en tonos rosáceos laextensión de la colonización por líquenes.

ciones rupestres como uno más de los elementosabióticos de sistemas naturales complejos. Dentrode la lógica de este enfoque, la representación deuno o dos de los elementos integrantes del sistemacarece de sentido, puesto que son muchos los fac-tores representables espacialmente que tienen in-fluencia, por separado o demanera sinérgica, en lahomeostasis del mismo o, por el contrario, en sudestrucción. La acción de los elementos de un sis-tema no se lleva a cabo siempre y en todos los lu-gares, sino que es función de la posición relativaque ocupen en el mismo (Margalef 1982). Por ello,la representación de los elementos que identifi-quemos como relevantes para la conservacióncobra una importancia crucial.Desde este punto de vista conservacionista,no se trata tan sólo de identificar las posibles ame-nazas, sino de detectar los lugares donde estas pue-den estar actuando. Sólo así es posible plantearestrategias tanto reactivas comoproactivas de con-servación de una manera fundada. La delimitacióndel área que ocupan los líquenes que proliferansobre lasmanifestaciones parietales objeto de nues-

tro estudio debe, por una parte, complementarsecon la identificación de la o las especies a las quepertenecen, para poder así valorar la incidencia deesta cubierta biológica. En este sentido, cabe resal-tar que, independientemente de los deterioros detipo estético que la proliferación de líquenes puedaproducir, la amplitud del deterioro producido porestos variará en función del tipo de substrato, las es-pecies presentes y las condiciones ambientales, in-cluyendo entre estas la contaminación atmosféricao del suelo (Dandridge yMeen 2007). De particularinterés para la conservación de las pinturas rupes-tres es la interacción entre los ácidos excretados porlos líquenes, el soporte en el que éstas se encuen-tran, y la capa pictórica misma, en general de ungrosor limitado a unas pocas micras.La utilización de técnicas de análisis de ima-gen para la obtención del calco de losmotivos pin-tados en Faia se justifica por la alta correlaciónvisual de los motivos con respecto a la roca so-porte. Si bien los procedimientos de aumento delcontrastemediante técnicas de retoque fotográficoson suficientemente buenos para mejorar la vi-sualización de figuras poco correlacionadas (así,por ejemplo, Maura y Cantalejo 2004; 2005), noocurre lomismo cuando es difícil distinguir la pin-tura del soporte debido a la semejanza de sus co-lores. En estos casos, es posible cometer erroresde clasificación, ligados a la pérdida de los valoresextremos del histograma. Por el contrario, las téc-nicas de descorrelación visual se erigen en una he-rramienta básica que permitemayor seguridad enlos resultados con unmenor coste de tiempo, y conla posibilidad de detectar “anomalías” tales comolos repintes o la utilización de diferentes pigmen-tos (Rogerio-Candelera 2009b; Rogerio-Candeleraet al. 2009b)

V. CONCLUSIONESLas herramientas de análisis de imagen queutilizamos en este trabajo se han aplicado de ma-nera escasa a la reproducción, estudio y conserva-ción del arte rupestre. Por el contrario,predominan como herramientas de reproducciónel calco directo y últimamente, el empleo de técni-cas de retoque fotográfico que producen, en gene-ral, resultados mediocres cuando se trata deimágenes con un alto grado de correlación visual.Como se demuestra en este trabajo, utili-zando técnicas de descorrelación de imágenes esposible elaborar calcos digitales demanera rápiday precisa incluso cuando la visualización de lasimágenes es difícil.Por otra parte, el carácter no invasivo de lastécnicas de análisis de imagen y la capacidad deestas para representar gráficamente cubiertas, aveces considerablemente extensas, de manera rá-pida y barata (en términos económicos y detiempo empleado), las convierte en una herra-mienta de gran importancia desde el punto devista de la conservación.AGRADECIMIENTOSEste trabajo se ha llevado a cabo en el marcode los proyectos “Aplicación de técnicas de telede-tección a la monitorización del biodeterioro y do-cumentación de bienes culturales en ambienteshipogeos” (CSIC PIE 200440E327) y “Programa deinvestigación en Tecnologías para la Valoración yConservación del Patrimonio” (CONSOLIDERCSD2007-00058).

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