Anwendung der hyperspektralen Reflexionsbildgebung zur Untersuchung der Paletten und Techniken von Malern

Zusammenfassung

Hyperspectral Reflectance Imaging Hyperwürfel enthalten bemerkenswerte Informationen in einer großen Datenmenge. Daher ist die Forderung nach automatisierten Protokollen zur Verwaltung und Untersuchung der Datensätze weitgehend gerechtfertigt. Die Kombination aus Spectral Angle Mapper, Datenmanipulation und einer vom Benutzer einstellbaren Analysemethode stellt einen Schlüssel für die Erforschung der experimentellen Ergebnisse dar.

Zusammenfassung

Reflexionsspektroskopie (RS) und Faseroptik-Reflexionsspektroskopie (FORS) sind etablierte Techniken zur Untersuchung von Kunstwerken mit besonderem Augenmerk auf Gemälde. Die meisten modernen Museen stellen ihren Forschungsgruppen tragbare Geräte zur Verfügung, die zusammen mit der intrinsischen Nicht-Invasivität von RS und FORS die In-situ-Sammlung von Reflexionsspektren von der Oberfläche von Artefakten ermöglichen. Der von Experten für Pigmente und Malmaterialien durchgeführte Vergleich der experimentellen Daten mit Datenbanken von Referenzspektren treibt die Charakterisierung der Paletten und der von den Künstlern verwendeten Techniken voran. Dieser Ansatz erfordert jedoch spezifische Fähigkeiten und ist zeitaufwendig, insbesondere wenn die Anzahl der zu untersuchenden Spektren groß wird, wie dies bei HRI-Datensätzen (Hyperspectral Reflectance Imaging) der Fall ist. Die HRI-Versuchsaufbauten sind mehrdimensionale Kameras, die die spektrale Information, die durch die Reflexionsspektren gegeben wird, mit der räumlichen Lokalisierung der Spektren über der gemalten Oberfläche assoziieren. Die resultierenden Datensätze sind 3D-Würfel (Hyperwürfel oder Datenwürfel genannt), bei denen die ersten beiden Dimensionen das Spektrum über dem Gemälde lokalisieren und die dritte das Spektrum selbst ist (dh die Reflexion dieses Punktes der gemalten Oberfläche gegenüber der Wellenlänge im operativen Bereich des Detektors). Die Fähigkeit des Detektors, gleichzeitig eine große Anzahl von Spektren (typischerweise viel mehr als 10.000 für jeden Hyperwürfel) zu sammeln, macht die HRI-Datensätze zu großen Informationsreservoirs und rechtfertigt die Notwendigkeit der Entwicklung robuster und möglicherweise automatisierter Protokolle zur Analyse der Daten. Nach der Beschreibung des für die Datenerfassung konzipierten Verfahrens stellen wir eine Analysemethode vor, die das Potenzial der Hyperwürfel systematisch ausschöpft. Basierend auf dem Spectral Angle Mapper (SAM) und der Manipulation der gesammelten Spektren verarbeitet und analysiert der Algorithmus Tausende von Spektren und unterstützt gleichzeitig den Benutzer bei der Enthüllung der Merkmale der untersuchten Proben. Die Kraft des Ansatzes wird durch die Anwendung auf Quarto Stato veranschaulicht, das ikonische Meisterwerk von Giuseppe Pellizza da Volpedo, das im Museo del Novecento in Mailand (Italien) aufbewahrt wird.

Einleitung

Reflexionsspektroskopie (RS) und Faseroptik-Reflexionsspektroskopie (FORS) basieren auf der Detektion des Lichts, das von Oberflächen reflektiert wird, die einmal von einer Lichtquelle, typischerweise einer Wolfram-Halogenlampe, beleuchtet werden. Die Ausgabe des Erfassungssystems besteht aus Spektren, bei denen der Reflexionsgrad als Funktion der Wellenlänge in einem Bereich überwacht wird, der von den Eigenschaften des verwendeten Versuchsaufbaus abhängt1,2,3. Eingeführt in den letzten vier ^{Jahrzehnten4,5}, werden RS....

Protokoll

1. Stellen Sie die räumliche Auflösung der Hyperwürfel ein

1. Führen Sie eine vorläufige Inspektion der bemalten Oberfläche (Abbildung 1) durch, die von Kunstexperten unterstützt wird, um die Hauptmerkmale des Gemäldes zu identifizieren.
   1. Erkenne die Bildtechniken, die der Künstler verwendet hat, um das Gemälde zu schaffen.
   2. Identifizieren Sie die verschiedenen Pinselstriche auf der Leinwand.
   3. Schätzen Sie qualitativ die Eigenschaften der Pinselstriche mit besonderem Augenmerk auf ihre Größe.
2. Ahmen Sie die vom Künstler verwendete Bildtechnik nach, indem Sie Ad-hoc-Testmuster....

Ergebnisse

Das vorgeschlagene Protokoll bietet eine Reihe interessanter Funktionen für die Verwaltung und Analyse von HRI-Daten. Die E/A (Schritt 3.1) der Rohdaten ist immer das erste Problem, das vor der Anwendung einer Analysemethode gelöst werden muss, und es kann zu einem kritischen Problem werden, wenn es um große Datenmengen geht. Im vorliegenden Fall besteht die einzige Aufgabe in Bezug auf die Rohdaten darin, die experimentellen Ergebnisse in einem dedizierten Ordner zu speichern und durch Durchsuchen der Festplatte beim.......

Diskussion

Hyperspektrale Reflexionsbildgebungsdatensätze sind große Informationsreservoirs; Daher ist die Entwicklung robuster und möglicherweise automatisierter Protokolle zur Analyse der Daten eine Schlüsselrolle, um ihr Potenzial ^{auszuschöpfen15,17}. Der vorgeschlagene Algorithmus beantwortet diesen Bedarf im Bereich des kulturellen Erbes mit besonderem Augenmerk auf die Charakterisierung der Pigmente von Gemälden. Basierend auf ^SAM20,21

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
ImageJ/Fiji	Specim (Oulo, Finlad)	N/A	Portable reflectance hyperspectral camera used to acquire the hypercubes
MATLAB 2019b	StellarNet Inc (Tampa, Florida, USA)	N/A	Portable reflectance spectrometer used to acquire independent reflectance spectra
Specim IQ Hyperspectral Camera	National Institutes of Health (Bethesda, Maryland, USA)	N/A	Open source Java image processing program
StellarNet BLUE-wave Miniature Spectrometer	MathWorks (Natick, Massachusset, USA)	N/A	Program Language and numerical computing environment