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X射线荧光扫描仪用于画作修复

2021-08-20 16:13     来源:act视觉系统设计     X射线
要想真正安全地修复可能出现泛黄或轻微损坏的具有数百年历史的画作,需要对画家当时使用的颜料的化学成分有一个全面的了解,而这些颜料可能是经过定制混合而成的,这使得准确复制颜料的颜色成为一项挑战。

例如,铜元素有时出现在白色颜料中。这表明存在蓝铜矿,即一种铜基蓝。因此,在白色颜料样品中检测到铜,这表明白色颜料中也含有一定量的蓝色颜料。如果没有这种化学分析,那么在修复过程中使用纯白色颜料,则会使修复后的画作并不能准确还原到它原本的样子。

德国Bruker Nano公司的工程师们开发了一种X射线荧光扫描仪M6JETSTREAM来解决这个问题和类似的挑战,它允许物体通过RGB相机和X射线光谱仪同时成像。这允许创建重叠图像用于化学分析,可以分离和显示选定的元素。

该扫描仪包含一个带有X射线管和聚焦透镜的光谱仪,其产生的荧光能以100mm/s的速度,测量小至100µm的单点的化学成分。该光学图像由IDSImaging Development Systems公司的两台UI-2230SE-C-HQUSB2 uEye SE相机捕获,相机的分辨率为1024×768。BrukerNano公司之所以选择USB2接口相机,是因为与GigE接口相比,USB2接口更方便多相机部署。

第一台相机具有约10×10cm2的视场(FOV),并通过将位置网格的多幅静止图像拼接在一起来创建各样本或所扫描物体的概览图像。由于光谱仪的测量点只有100µm,因此在该应用中,不会为每个测量点拍摄一幅单独的RGB图像。相反,而是将光谱数据覆盖在相机图像的像素上,以创建数据立方。

第二台相机具有1×1cm2的视场(FOV),将光谱仪聚焦在每个样品表面上,从而将测量点精确定位在细微的特征(如单笔绘制或表面杂质)上。

扫描仪的运动系统由安装在机架上的两个轴(X轴和Y轴)组成,机架可以倾斜,以便测量直立或平躺的样品。X轴和Y轴允许最大为800×620mm2的完整行程,单次运行可测量的最大面积为800×600mm2,最大移动速度为100mm/s。安装在轴上的测量头通过电动Z轴移动,最大行程90mm。

将画作放置在光谱仪前面后,高倍相机(具有固定焦点)的图像将帮助对准光谱仪,与画作保持合适的距离。低倍相机扫描感兴趣图像上的整个区域,并由Bruker Nano公司开发的定制图像软件创建一幅拼接的概览图像。

由于扫描是由高精度的机械装置完成的,而低倍相机的光学系统决定视场,所以可以将概览图像的每个像素与光谱仪坐标系中的一个位置相关联。这意味着,用户只需在系统用户界面上单击概览图像,即可将高倍相机图像的中心移动到任何位置,以便近距离查看细微特征,或将聚焦的X射线点移动到任何位置进行光谱分析。

每个测量点的X射线荧光光谱数据和相机图像重叠,形成BrukerNano所称的HyperMap,这是一幅样本图像,画作修复器过滤后只显示特定元素,并突出显示它们在样本中的位置。创建HyperMap的Bruker Nano软件运行在Windows操作系统上,支持任何x64处理器和OpenGL兼容的GPU。图像通过IDS软件开发工具包集成。

例如,最近英国伦敦国家美术馆(NationalGallery)为修复达芬奇的画作《岩间圣母》就使用了这台扫描仪,艺术史学家们通过这种方式获得了一幅之前已知的底图的详细信息。该底图是使用含锌颜料制作的。当在HyperMap中选择了锌图时,该底图变得比以前更加明显。

通过选择特定的元素,艺术史学家可以分析画作中个别颜料的位置。这可以揭示出画作的修改痕迹,即时间的推移画作中发生的改变或是增加了什么元素。例如,画作不同层次上颜料使用量的差异,可能表明有不同的画家参与了同一幅作品的创作。

M6 JETSTREAM X射线荧光扫描仪也可以用于地平线样本分析,如岩芯分析,以检查地质历史、岩石和沉积物序列,以及古气候的发展。



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