Μη καταστρεπτική ταυτοποίηση έργων τέχνης με τη βοήθεια πολυφασματικών εικόνων, φασμάτων και ακουστικής μικροσκοπίας

Abstract

The target of this PhD thesis is the development of a system for the non destructive reveal of the information that stems from the art objects internal paint layers (stratigraphy) with a resolution of 1-10μm. The reveal of the stratigraphy provides important information related to the technique and the materials used for the creation of them as well as previous restoration attempts, initial design, overpaintings and more. This information is up to now mainly acquired through analytical spectroscopic methods, which require a micro-sampling operation. Most of the times, the objects under study are highly valuable and therefore must not be subjected to any intervention. Consequently, Non Destructive Testing (NDT) techniques to acquire cross section (depth profile) information from the paint layers of artworks is imperative. The target was achieved using the combination of the acoustic microscopy with Ultra Violet, Visible, near Infrared and mid-Infrared (UV/VIS/nIR/mIR) diffuse reflectance spectroscopy; Using acoustic microscopy, we can obtain the number of layers in the stratigraphy, while using UV/VIS/nIR/mIR spectroscopy in diffuse-reflectance mode, we are able to identify the materials which are present in each paint-layer. This work presents the acoustic microscopy device. The proposed system was initially tested in experimental reference samples simulating art objects, providing the depth profile of stratigraphies comprised by three layers and then in real art objects. The identification of the materials in the art objects stratigraphies that was achieved is of 89% for the first layer while 72% for the under layers. The resolution of the paint layers discrimination, as well as of the grains in the studied structures was of the order of 1-5μm in the transversal direction while 15-30μm in the longitudinal direction.

O σκοπός της διδακτορικής αυτής εργασίας, είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος λήψης και επεξεργασίας πληροφορίας μη καταστρεπτικού χαρακτήρα, προερχόμενης από πολυστρωματικές δομές όπως τα χρωματικά στρώματα των έργων ζωγραφικής, με διακριτική ικανότητα τάξης μεγέθους 1-10μm, με σκοπό τον ποιοτικό και ποσοτικό χαρακτηρισμό των χρωματικών αυτών στρωμάτων. Η χρησιμότητα ενός τέτοιου συστήματος κρίνεται πολύ σημαντική δεδομένου ότι κατ' αυτόν τον τρόπο ακυρώνεται η δειγματοληψία η οποία μέχρι σήμερα ενίοτε κρίνεται ως απαραίτητη. Η μελέτη της στρωματογραφίας των έργων ζωγραφικής τέχνης, προσφέρει ανεκτίμητες πληροφορίες που συνδέονται με πιθανές μεταγενέστερες επιζωγραφίσεις, επεμβάσεις, παλαιότερες ανεπιτυχείς ίσως εργασίες συντήρησης, αλλά και με την τεχνική του καλλιτέχνη δημιουργού του έργου, ο οποίος χρησιμοποίησε επιλεγμένες χρωστικές ή τρόπους χρήσης των χρωστικών αυτών, προκειμένου ν' αποδώσει το προσωπικό του εσωτερικό όραμα. Ο στόχος αυτός πραγματοποιήθηκε με τη χρήση τεχνικών πολυφασματικών λήψεων στην υπεριώδη (200-400nm), ορατή (400-700nm), κοντινή (700-2500nm) και μέση υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (2500-4500nm) (UV/VIS/nIR/mIR) σε συνδυασμό με τη χρήση ακουστικής μικροσκοπίας συχνοτήτων μεγαλύτερων των 100MHz. Με τη χρήση της ακουστικής μικροσκοπίας απεικονίζεται η χωρική κατανομή των χρωματικών στρωμάτων ενώ με τη λήψη φασμάτων και εικόνων σε καθεστώς διαχεόμενης ανάκλασης από την υπεριώδη έως τη μέση υπέρυθρη περιοχή (UV/VIS/nIR/mIR) του η/μ φάσματος και με την υποστήριξη τεχνικών επεξεργασίας σήματος παρέχεται ποιοτική πληροφορία σε ότι αφορά την ταυτοποίηση των υλικών των στρωμάτων αυτών με μη καταστρεπτικό τρόπο. Η ταυτοποίηση των υλικών που επιτεύχθηκε είναι 89% για το επιφανειακό στρώμα και 72% για τα ενδότερα στρώματα καθώς επίσης η διακριτική ικανότητα του συστήματος ως προς το διαχωρισμό των στρωμάτων είναι 1μm στην εγκάρσια διάσταση και 15μm -30μm στη διαμήκη διάσταση.