太赫茲技術(shù)揭開(kāi)17世紀(jì)藝術(shù)作品的秘密

美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的David Citrin教授正在向人們展示一種利用太赫茲成像技術(shù)對(duì)17世紀(jì)的藝術(shù)油畫形成的圖像；圖片來(lái)源：佐治亞理工學(xué)院

利用現(xiàn)代化的太赫茲高速反射掃描儀和先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，來(lái)自美國(guó)佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology，簡(jiǎn)稱Georgia Tech）的研究人員正在透過(guò)顏料層來(lái)觀察以前的藝術(shù)家們是如何準(zhǔn)備畫布、涂上底漆，并通過(guò)層層疊疊的油漆來(lái)完成他們的杰作。

研究人員使用了太赫茲掃描儀和一種主要為石油勘探而開(kāi)發(fā)的處理技術(shù)最終獲得了藝術(shù)作品的圖像。該圖像為人們提供了一個(gè)獨(dú)特的視角來(lái)觀察三百年前藝術(shù)家的作品。這種太赫茲反射技術(shù)所生成的細(xì)節(jié)水平，可以幫助藝術(shù)品管理員對(duì)以前的繪畫作品進(jìn)行修復(fù)，找出一些潛在的損傷，并協(xié)助鑒定古老作品的真?zhèn)蔚取＿@項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在2017年11月的《Scientific Reports》雜志上。

來(lái)自佐治亞理工學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的客座教授，同時(shí)還是位于法國(guó)梅茨的佐治亞理工學(xué)院國(guó)際實(shí)驗(yàn)室的研究員Alexandre Locquet說(shuō)道：“這項(xiàng)技術(shù)使得我們能夠以更高的分辨率查看繪畫作品表面下的內(nèi)容，深入評(píng)估該繪畫使用了何種技術(shù)，并確定其中可能存在的缺陷以及損壞等。通過(guò)這些，我們可以得到歷史學(xué)家以前難以了解的一些信息，從而提供更多可能有助于這些舊作的保存和修復(fù)等相關(guān)的有益信息。”

研究人員從法國(guó)Metz Métropole的Cour d'Or博物館借來(lái)了名畫《Madonna in Preghiera》。首先，將藝術(shù)品面朝下放置在支撐畫布的固定裝置上，使其平攤開(kāi)來(lái)而不至于下垂。接著，使用一款商業(yè)化的太赫茲光譜掃描儀，通過(guò)太赫茲輻射脈沖大約每200微米對(duì)作品進(jìn)行一次掃描。該掃描儀中有一個(gè)電磁波發(fā)生器，它發(fā)出的信號(hào)能夠有效穿透作品的連續(xù)層。當(dāng)掃描儀以類似于創(chuàng)建電視圖像的光柵圖案移動(dòng)時(shí)，部分光線會(huì)從涂料上反射回來(lái)，從而產(chǎn)生來(lái)自每層涂料的信號(hào)。

法國(guó)Metz Métropole的Cour d'Or博物館的畫作《Madonna in Preghiera》；圖片來(lái)源：Alexandre Locquet

隨后，研究人員使用一種被稱為基于稀疏時(shí)域反卷積的信號(hào)處理技術(shù)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要是將每層反射的信號(hào)分開(kāi)來(lái)重建三維圖像。最終，畫布的支撐物、地面、底紋、底漆、繪畫層和清漆層，以及以前難以知道的清漆修復(fù)等信息都被成功挖掘出來(lái)了。

佐治亞理工學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的David Citrin教授說(shuō)：“我們的技術(shù)類似于地震學(xué)中可以用來(lái)識(shí)別地下不同巖石層的研究方法。在那種情況下，地震學(xué)家會(huì)通過(guò)發(fā)出一個(gè)聲波脈沖，然后測(cè)量所產(chǎn)生的回波信息（這是一種被稱為地層學(xué)的科學(xué)研究），以類似的方式，我們使用頻率大約為1太赫茲的電磁輻射脈沖，然后觀察藝術(shù)作品中各層的反射情況。”

通過(guò)先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，研究人員從原來(lái)可能只能識(shí)別100~150微米厚的涂層，到現(xiàn)在可以區(qū)分小至20微米厚的涂層。

Citrin表示，研究18世紀(jì)以前完成的繪畫作品一直是具有挑戰(zhàn)性的課題，因?yàn)楫嬜鞯挠推釋右话愣己鼙。藗円恢睙o(wú)法解決區(qū)分每種單一顏料的問(wèn)題。這真的很重要，因?yàn)槎嗄陙?lái)人們對(duì)測(cè)試得到的原始數(shù)據(jù)還是無(wú)能為力，如果不對(duì)這些數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，人們真的難以看到更多的東西。而現(xiàn)在，將太赫茲信號(hào)與先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才能真正地發(fā)揮作用。

太赫茲輻射，也被稱為亞毫米波輻射，其以極高的頻率工作。盡管太赫茲輻射會(huì)被碳黑等導(dǎo)電顏料阻擋，但它還是可以很輕易地穿透油漆層。此外，太赫茲成像技術(shù)還可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，如X射線、核磁共振成像和光學(xué)成像等的一些不足。

利用太赫茲成像技術(shù)對(duì)《Madonna in Preghiera》畫作進(jìn)行的掃描成像；圖片來(lái)源：David Citrin

該研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)還研究了其他一些繪畫作品，并計(jì)劃對(duì)部分12世紀(jì)的木板畫進(jìn)行太赫茲成像分析。這項(xiàng)工作將是非常具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)槟景娈嫷挠推釋臃浅１。夷静谋砻娣浅Ｈ菀讚p壞。Citrin認(rèn)為，這項(xiàng)研究首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)18世紀(jì)以前的藝術(shù)作品檢測(cè)出單獨(dú)的油漆層。

“不同的技術(shù)可以提供不同的信息，這些信息可能為藝術(shù)品管理人員和歷史學(xué)家提供巨大的幫助”，Citrin說(shuō)道：“太赫茲技術(shù)給了我們相對(duì)快速和廉價(jià)地對(duì)大型物體進(jìn)行成像的綜合能力。而且我們已經(jīng)證明，從中提取有用的信息并不是很困難。”

除畫作之外，該研究小組還透過(guò)厚厚的氧化層對(duì)拜占庭硬幣進(jìn)行了成像分析，并試圖利用該技術(shù)去觀察一個(gè)同樣被氧化層遮蔽的中世紀(jì)鉛制十字架上的題字。他們還與香港的一個(gè)研究小組合作，利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)檢測(cè)/鑒定皮膚癌的皮膚層數(shù)，并與另一個(gè)測(cè)量復(fù)合材料損傷的小組合作對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了研究。

Locquet說(shuō)：“太赫茲成像技術(shù)仍然是一個(gè)新興領(lǐng)域，人們必須為其找到最好的應(yīng)用方向。我們希望能為此做出貢獻(xiàn)，并樂(lè)于應(yīng)用科學(xué)和工程來(lái)支持人文科學(xué)的研究。”


來(lái)源：佐治亞理工學(xué)院
譯自：phys.org
譯者：Vince
轉(zhuǎn)載自：“無(wú)損檢測(cè)NDT”微信公眾號(hào)

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