Изображения, которые они создают с помощью терагерцовых сканеров и техники обработки, которая в основном была разработана для разведки месторождений нефти, дают беспрецедентный взгляд на то, как художники делали свои работы три столетия назад. Уровень детализации, обеспечиваемый этой техникой терагерцовой рефлектометрии, может помочь консерваторам выявить предыдущие реставрации картин, выявить потенциальные повреждения и помочь в аутентификации старых работ.
Помимо старого искусства, неразрушающий метод также имеет потенциальные применения для обнаружения рака кожи, обеспечения надлежащей адгезии покрытий турбинных лопаток и измерения толщины автомобильных красок. Об исследовании было сообщено 8 ноября в журнале Scientific Reports.
«Эта техника позволяет нам увидеть с высоким разрешением то, что находится под поверхностью картины, глубоко оценить, какая техника была использована, и определить, какие дефекты могут присутствовать», — сказал Александр Локке, адъюнкт-профессор из Джорджии. Техническая школа электротехники и вычислительной техники и научный сотрудник международной лаборатории Georgia Tech-CNRS в Меце, Франция. "Используя это, мы можем получить информацию, которой раньше не располагали историки искусства, и мы можем предоставить информацию, которая может быть полезна для сохранения и реставрации этих старых картин."
Исследователи изучили картину «Мадонна в Прегиере» мастерской Джованни Баттиста Сальви да Сассоферрато, предоставленную Музеем де ла Кур д’Ор, Метц Метрополь, Франция.
Экспертиза началась с помещения картины лицевой стороной вниз на портальное устройство, предназначенное для поддержки холста без провисания.
Затем с помощью коммерческого терагерцового сканера картина исследовалась примерно через каждые 200 микрон импульсами терагерцового излучения. Сканер состоит из генератора электромагнитных волн, который излучает сигналы, проходящие через последовательные слои картины.
Части луча, отраженные от краски, производя сигналы от каждого слоя, когда сканер перемещается по картине в растровом узоре, аналогичном тому, который используется для создания телевизионных изображений.
Компьютер, использующий метод обработки сигналов, известный как деконволюция во временной области на основе разреженности, затем обработал данные, разделив сигналы, отраженные каждым слоем, для построения трехмерной карты изображения. Были идентифицированы опора холста, грунт, имприматура, подмалевок, живописные и лаковые слои, а также ранее неизвестная реставрация лака.
«Наша методика аналогична тому, как сейсмология может использоваться для определения различных слоев горных пород в земле», — сказал Дэвид Цитрин, профессор Школы электротехники и компьютерной инженерии Джорджии. "В этом случае сейсмологи посылают акустический импульс, а затем измеряют полученные эхосигналы. Аналогичным образом мы используем импульс электромагнитного излучения с частотой около одного терагерца, а затем смотрим на отражения от различных слоев — наука, известная как стратиграфия."
Без обработки сигнала исследователи могли бы идентифицировать только слои толщиной от 100 до 150 микрон.
Но с помощью продвинутой обработки они могут различать слои толщиной всего 20 микрон. По словам Цитрина, картины, написанные до XVIII века, было сложно изучать, потому что их красочный слой обычно тонок. Отдельные пигменты не могут быть устранены с помощью этого метода, хотя исследователи надеются получить эту информацию в будущем.
«Это действительно очень важно, потому что в течение многих лет люди пытались использовать необработанные данные, но вы действительно не сможете увидеть в этом много без обработки сигналов», — сказал он. "Чтобы действительно изменить ситуацию, нужно объединить терагерцовые сигналы с обработкой сигналов."
Терагерцовое излучение, также известное как субмиллиметровое излучение, работает на чрезвычайно высоких частотах. Он может легко проникать в слои краски, но может блокироваться проводящими пигментами, такими как технический углерод. Техника терагерцовой визуализации может дополнять традиционные методы анализа, такие как рентгеновское излучение, ядерно-магнитно-резонансная томография и оптическая визуализация.
Исследовательская группа, в которую вошли аспирант Цзюньлян Донг и соавтор Марчелло Мелис, также изучила другие картины и планирует изобразить небольшую часть деревянной росписи XII века. Эта работа будет сложной, потому что краска тонкая, а деревянная поверхность повреждена.
Цитрин считает, что это исследование — первое, в котором были обнаружены отдельные слои краски на произведении искусства до 18 века.
«Различные методы предоставляют разную информацию, которая может быть полезна консерваторам искусства и историкам», — сказал он. "Терагерц дает нам возможность относительно быстро и недорого изобразить большой объект.
Мы показали, что вам не нужна навороченная система для извлечения полезной информации."
Помимо картин, исследовательская группа Цитрина также изобразила византийскую монету через толстый слой окисления и пытается прочитать надпись на средневековом свинцовом погребальном кресте, также скрытом оксидным слоем.
Они также сотрудничают с исследовательской группой в Гонконге, чтобы использовать этот метод для характеристики слоев кожи для обнаружения рака кожи, и с другой группой для измерения повреждений композитных материалов.
«Терагерцовая визуализация — все еще развивающаяся область, которая должна найти свое лучшее применение», — сказал Локке. "Мы надеемся внести свой вклад в это и рады применять науку и технику для поддержки гуманитарных наук."
