Dysponent: Muzeum Narodowe w Krakowie – LANBOZ
Kontakt: Paulina Krupska-Wolas 
(LANBOZ)
Opis metody
Obrazowanie spektroskopią odbiciową (RIS – Reflectance Imaging Spectroscopy, HSI – Hyperspectral Imaging) w zakresach widzialnym i bliskiej podczerwieni (VisNIR, 400–1000 nm) oraz krótkofalowej podczerwieni (SWIR, 1000–2500 nm) stanowi zaawansowaną technikę nieniszczącą, szeroko stosowaną w badaniach dzieł sztuki. RIS łączy właściwości spektroskopii i obrazowania, umożliwiając rejestrację danych przestrzennych i spektralnych dla każdego punktu analizowanej powierzchni. W kontekście badań nad dziełami sztuki metoda ta pozwala na identyfikację materiałów malarskich, dokumentację stanu zachowania obiektów oraz detekcję elementów niewidocznych gołym okiem, takich jak rysunek czy wcześniejsze przemalowania.
W zakresie VisNIR, obrazowanie ujawnia subtelne różnice w absorpcji i odbiciu światła, związane głównie z pigmentami organicznymi i nieorganicznymi. Natomiast obrazowanie w regionie SWIR dostarcza informacji o głębszych warstwach obiektu oraz umożliwia rozróżnianie materiałów o podobnych właściwościach optycznych w zakresie widzialnym (np. spoiwa malarskie, tworzywa sztuczne). Dane hiperspektralne są poddawane zaawansowanej analizie statystycznej i chemometrycznej (np. PCA, klasyfikacja spektralna), co umożliwia szczegółowe mapowanie składników dzieła.
RIS w zakresach VisNIR oraz SWIR jest metodą nieinwazyjną, nie wymaga bezpośredniego kontaktu z obiektem i pozwala na obrazowanie dużych powierzchni przy wysokiej rozdzielczości spektralnej i przestrzennej. Aktualne badania wskazują na skuteczność integracji RIS z innymi technikami, takimi jak spektroskopia XRF, spektroskopia ramanowska w celu uzyskania kompleksowego profilu materiałowego.
Zastosowanie
Obrazowanie spektroskopią odbiciową znajduje zastosowanie w badaniu obrazów, malowideł naściennych, rzeźb, obiektów rzemiosła artystycznego czy sztuki użytkowej. Rozmiar obiektu nie stanowi ograniczenia w badaniu. Przy większych lub trudno dostępnych obiektach konieczna będzie odpowiednia aranżacja stanowiska pomiarowego z wykorzystaniem przystosowanego do aparatury rusztowania. Dzięki technice RIS z powodzeniem identyfikuje się oraz lokalizuje szeroki zakres pigmentów i barwników, spoiw oraz innych materiałów nieorganicznych i organicznych
Instrumenty
W badaniach (LANBOZ) wykorzystuje się dwie kamery hiperspektralne:
- Spectral Camera PFD (Specim, Oulu, FIN) o zakresie spektralnym 400 – 1000 nm, rozdzielczości widmowej 3 nm, wyposażona w obiektyw o ogniskowej 18 mm oraz detektor CMOS.
- Spectral Camera SWIR (Specim, Oulu, FIN) o zakresie spektralnym 970 – 2500 nm, rozdzielczości widmowej 12 nm, wyposażona w obiektyw o ogniskowej 23 mm oraz detektor MCT chłodzony przez wbudowany podwójny pakiet Peltiera (matryca i detektor)
Ponadto system wyposażony jest w halogenowe oświetlenie, które składa się z sześciu punktowych źródeł światła ustawionych symetrycznie po obu stronach kamery pod kątem 45°, w celu uzyskania homogenicznego napromienienia badanego obiektu. Układ skanujący można ustawić w geometrii pionowej lub poziomej.
Fot. 1. Po lewej stronie system do obrazowania spektroskopią odbiciową, ustawiony w geometrii poziomej oraz wyposażony w kamerę VNIR. Po prawej: kamera SWIR.
Format wyników
W wyniku pomiaru generowany jest zestaw znormalizowanych obrazów, z których każdy odwzorowuje intensywność odbicia dla określonej długości fali w zadanym zakresie spektralnym. Dane zapisywane są w formacie binarnym (*.raw) z towarzyszącym plikiem nagłówkowym (*.hdr), co umożliwia ich bezpośrednią analizę w oprogramowaniu ENVI oraz w środowiskach obliczeniowych takich jak Python czy MATLAB. Uzyskane dane mogą być również przetwarzane przy użyciu innych narzędzi dedykowanych analizie danych hiperspektralnych, takich jak DataHandlerPi, Mani Vault oraz pokrewnych. Przykładowy wynik pokazano na rys. 1.
Rys. 1. Obraz w fałszywych kolorach (RGB = 2285, 2350, 2315 nm) ukazujący dystrybucję malachitu (czerwień) oraz azurytu (błękit) oraz zakres występowania rysunku w miniaturze Wiosna w ogrodzie zamkowym H. Bola (zbiory MNK).
Bbibliografia
- Krupska-Wolas, The Future of Heritage Science and Technologies 2022, R. Furferi et. al., Cham, 401 – 419.
- Klisińska-Kopacz, The Future of Heritage Science and Technologies 2022, R. Furferi et. al., Cham, 107 – 118
- Ryguła, Heritage 2024, 7(8), 4109 – 4130.