Wysokorozdzielcza reflektografia w podczerwieni w pasmie 900 – 1700 nm

Dysponent: Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

Kontakt: dr hab. Magdalena Iwanicka, prof. UMK koperta

Opis metody

Podobnie jak dla światła widzialnego, pigmenty charakteryzują się różną absorpcją dla różnych długości fal w podczerwieni. Ponadto, absorpcja ta znacząco maleje dla fal dłuższych. Pozwala to w określonych przypadkach uczytelnić warstwy niewidoczne w świetle widzialnym. Fotografia (reflektografia) w podczerwieni wymaga jednak odpowiednio przystosowanych kamer wyposażonych w matryce czułe w zakresie fal dłuższych niż fale rejestrowane przez typowe przetworniki obrazu wykorzystywane w fotografii. Istotnym ograniczeniem tej techniki jest zdolność rozdzielcza dostępnych (w zastosowaniach cywilnych) półprzewodnikowych matryc fotoczułych dla tego zakresu widmowego. W wykorzystywanej kamerze zastosowano unikalny system matrycy o niewielkiej ilości pikseli (128 x 128) przesuwanej mechanicznie w płaszczyźnie obrazowej kamery. Obraz wynikowy jest składany z wielu takich cząstkowych obrazów, aby uzyskać pożądaną rozdzielczość obrazowania. Kamera wyposażona jest w chłodzenie detektora aby obniżyć tło szumowe oraz z filtr odcinający promieniowanie widzialne. Obrazowanie jest wykonywane przy oświetleniu emitującym istotną składową podczerwoną, najczęściej w postaci oświetlenia halogenowego.

Zastosowanie

W dziedzinie badania obiektów zabytkowych metoda znajduje zastosowanie przede wszystkim do badania:

  • dokumentacja płaskich dzieł sztuki (np. malarstwo, zabytki na papierze, pergaminie, tkanina) w zakresie techniki warstw oryginalnych  (np. obrazowanie rysunku wstepnego)
  • rozpoznawanie warstw wtórnych oraz historii przekształceń obiektów zabytkowych (np. obrazowanie dawnych retuszy i przemalowań niewidoczych w promieniach UV)
  • ustalanie stanu zachowania warstw malarskich
  • uczytelnianie inskrypcji wykonanych z wykorzystaniem komponentów węglowych

Instrument

Badania prowadzone będą za pomocą przenośnej kamery APOLLO produkcji Opus Instruments, Wielka Brytania. Rejestracja następuje poprzez skanowanie płaszczyzny obrazowej za pomocą małej matrycy InGaAs. Uzyskane obrazy cząstkowe są następnie łączone w jeden o wysokiej rozdzielczości.

Dane techniczne:

  • Matryca: skanująca InGaAs, 128 x 128 px, chłodzona.
  • Maksymalny rozmiar obrazu: 5100 x 5100 px
  • Zakres dynamiczny: 65 000 poziomów szarości (16 bit)
  • Czas integracji w pikselu: 10 ms – 50 ms
  • Czas pełnego pomiaru pojedynczego obrazu : poniżej 20 min.
  • Zakres widmowy: 0,9 µm – 1,7 µm
  • Filtry pasmowe:
    • Filtr krótkofalowy: 900 nm – 1250 nm (SWP)
    • Filtr pasmowy: 1250 nm – 1510 nm (BP)
    • Filtr długofalowy: 1510 nm – 1700 nm (LWP)

Warunki badania

Rejestracja wymaga odpowiedniej przestrzeni przed obiektem („odejścia”) dla uzyskania odpowiedniego pola widzenia kamery. W przybliżeniu:

najwiekszy wymiar obiektu wymagana przestrzeń przed obiektem
0,5 m 1,5 m
0,8 m 2,0 m
1,0 m 2,3 m
1,5 m 3,0 m
2,0 m 3,7 m

oraz miejsca dla ustawienia oświetlenia. Nie jest wymagane zaciemnienie, niemniej obiekt nie może być oświetlony bezpośrednio promieniami słońca.

Obiekt może być ustuowany wertykalnie lub horyzontalnie (np. sufity, posadzki).

Podczas badania wykonywane są zazwyczaj cztery skany: w pełnym zakresie widmowym i  z wykorzystaniem filtrów. Jako oświetlenia używa się zazwyczaj czterech do sześciu lamp halogenowych 200 W umieszczonych w bezpiecznej odległości od obrazu.

W miejscu badania musi być dostępne źródło zasilania w postaci pojedyńczego, typowego gniazda 230 V z uziomem. Zasadniczo zakłada się, że badania będą prowadzone w pomieszczeniach zamkniętych. W wyjątkowych wypadkach, przy spełnieniu wszystkich powyższych wymagań, dopuszcza się badania w przestrzeni otwartej, jednak wymaga to dodatkowych, szczegółowych uzgodnień.

Format wyników pomiarów

Dysponent obiektu otrzymuje wszystkie wyniki pomiarów w postaci plików jpg (niekompresowanych) uzyskanych

  • bez filtrów pasmowych tj. w pełnym zakresie 900 – 1700 nm
  • z filtrem krótkofalowym: 900 nm – 1250 nm (SWP)
  • z filtrem pasmowym: 1250 nm – 1510 nm (BP)
  • z filtrem długofalowym: 1510 nm – 1700 nm (LWP)

oraz w zależności od potrzeb równiez plik łączący trzy obrazy uzyskane z fitrami kombinowane w jeden obraz RGB, w którym składowa R zawiera obraz z filtra długofalowego, składowa G z filtra pasmowego, a składowa B z filtra krótkofalowego, wynik analizy fundamentalnej (PCA) i inne.