Рефлектограмма: Рефлектометрия оптических волокон (ВОЛС)

Содержание

Принцип работы оптического рефлектометра (OTDR)

  1. Главная

Оптический рефлектометр (OTDR) – это измерительный прибор, предназначенный для определения расстояния до неоднородностей показателя преломления оптического волокна: сварных соединений, макро изгибов, коннекторов, обрывов и т д. Его работа основана на детектирование отраженных сигналов вследствие Релеевского рассеяния и Френелевского отражения.

В ходе диагностики оптического волокна, оптический рефлектометр посылает в него зондирующий импульс.

Зондирующий импульс – это световой импульс определенной амплитуды и длительности. Его характеристики во многом определяют максимальную протяженность измеряемой линии и разрешающую способность измерения.

Одновременно с запуском зондирующего импульса, рефлектометр начинает отсчет времени. Распространяясь по оптическому волокну, импульс сталкивается с различными препятствиями (повреждениями, неоднородностями), от которых происходит отражение части  сигнала.

Отраженный сигнал распространяется в обратном направлении и время его поступления на вход рефлектометра фиксируется.

Все неоднородности показателя преломления в рефлектометрии называются “События”. В свою очередь, события делятся на отражающие (вызванные Френелевским отражением) и неотражающие (вызванные Релеевским рассеянием)

Рисунок 1 – Структурная схема оптического рефлектометра

В результате, время распространения сигнала до повреждения вычисляется как разделенное на два время прохождения импульса до повреждения и обратно.

Расстояние до события вычисляется по формуле: L = T * V, где Где T – время распространения импульса до события; V — скорость распространения импульса

Скорость распространения импульса в волокне вычисляется из формулы

Рисунок 2 – Формула определения показателя преломления

Используя показатель преломления n (выставляется в рефлектометре) и скорость распространения света в вакууме C0 (константа).

Результат измерения рефлектометр представляет в виде графика, называемого рефлектограммой.

Рисунок 3 – Типичная рефлектограмма

Подведя курсор к какому-либо событию, на нижней оси можно увидеть на каком расстоянии от точки измерения оно находится.

Чаще всего, результаты измерений в численном виде приводятся и в таблице событий, в которой указываются для каждого события:

  • номер события
  • потери, дБ (на отражающих и не отражающих событиях)
  • отражение, дБ (на отражающих событиях)
  • расстояние до события, км

Рисунок 4 – Оптическая рефлектограмма с таблицей событий

 

Однако в таблицу в автоматическом режиме попадают только идентифицированные рефлектометром события. Вместе с тем, в ряде случаев рефлектометр не способен идентифицировать сварное соединение с малыми потерями, и приходится находить его на рефлектограмме в ручном режиме. Программное обеспечение некоторых рефлектометров позволяет добавить в таблицу найденное в ручном режиме сварное соединение.

Пример

При измерении 12 волоконного кабеля, выяснилось, что 10 волокон имеют по 3 сварки ( на расстоянии 4км, 8 км и 12 км). В 2-х остальных волокнах в автоматическом режиме обнаружено только 2 сварных соединения (на расстоянии 4  км и 12 км). Это вызвано тем, что сварные соединения получились очень хорошими. Вместе с тем, соединения на расстоянии 8 км есть на всех волокнах и ее необходимо показать в отчете. В этом случае, в программном обеспечении открывается рефлектограмма, выставляется курсор на расстояние 8 км и добавляется событие. На этом событии появляется возможность в ручном режиме измерить потери. После добавления такого события, информация о нем появляется в таблице событий и отчете. Таким же способом можно удалить ошибочно найденное событие (Фантом), которое иногда появляется вследствие переотражения сигнала от некачественного или грязного коннектора на входе рефлектометра.

Для получения корректных результатов потерь на событиях, необходимо проводить двусторонние измерения с последующем вычислении среднего значения на каждом событии.

Определение сварного соединения (макро изгиба) оптического волокна при помощи рефлектометра (OTDR)

Как известно, сварное соединение и макро изгиб, относятся к не отражающим событиям, то есть от этих событий не происходит отражения сигнала. Соответственно, для определения их местоположения оптический рефлектометр производит измерение рассеяния света (Релеевского рассеяния) в каждой точке волокна. Причем количество точек измерения является характеристикой АЦП рефлектометра и чем больше количество этих точек, тем больше разрешающая способность прибора.

В настройке рефлектометра присутствует такой параметр как «Порог по не отражающим событиям». Этот параметр определяет минимальный перепад уровня рассеяния, который будет восприниматься рефлектометром как не отражающее событие. Так, минимальное значение порога неотражающих событий у большинства оптических рефлектометров: 0,01 дБ. Это значит, что перепады со значением менее 0,01 дБ будут восприниматься как шумы, а перепады рассеяния более 0,01 дБ – как неотражающее событие, попадать в таблицу событий и обозначаться соответствующим значком (рис 4, события №2,3,4). На первый взгляд кажется, что настройка этого коэффициента не нужна и стоит использовать всегда минимально возможный порог, однако в случае наличия большого количества помех, возможно появление ложных событий, что может ввести измерителя в заблуждение.

Рисунок 5 – Процессы, происходящие в месте сварки волокон различных производителей

На рисунке 5 продемонстрирован случай, когда волокно с большим количеством примесей сварено с волокном с меньшим количеством примесей. В этом случае при измерении слева направо, рефлектометр фиксирует резкое уменьшение уровня обратного рассеяния (Релеевского рассеяния) и идентифицирует событие как неотражающее с большими потерями. При измерении с обратной стороны, при переходе с одного волокна в другое уровень обратного рассеяния резко увеличивается, что идентифицируется как усиление. Естественно, в данном случае мы имеем дело не с реальным усилением, а с псевдо усилением. Поэтому для определения реальных потери на сварном соединении необходимо проводить двусторонние измерение, и вычислять среднее значение потерь на сварном соединении по формуле Асв сред = (А св А-Б + А св Б-А)/2.

Определение разьёмного соединения (коннекторного) оптического волокна при помощи рефлектометра (OTDR)

Разъёмное соединение относится к отражающим событиям. Уровень отражения сигнала от коннекторного соединения описан в соответствующих стандартах и в вебинаре “Оптические разъемы: типы, установка, чистка”. Отраженный от такого соединения сигнал напрямую фиксируется оптическим рефлектометром и отображается на рефлектограмме и таблице событий см. рисунок 3, а также рис 4 (события № 1,5,6,7).

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:

Подписаться на рассылку статей


Статьи — Импульсный оптический рефлектометр. Часть 2

Главная страница → Полезная информация → Статьи → ВОЛС → Импульсный оптический рефлектометр → Часть 2

Вид рефлектограммы на участке первого типа вне зависимости от формы и длительности зондирующего импульса — наклонная прямая. Наклон кривой на рефлектограмме характеризует коэффициент затухания волокна в децибелах. Измерение потерь или коэффициента затухания на таких участках с помощью рефлектометра дает достаточно высокую точность, не смотря на то, что измерения производятся косвенно – по затуханию величины рассеянного сигнала. Дело в том, что коэффициент обратного рассеяния в телекоммуникационном волокне можно считать постоянным с высокой точностью.

Соединения волокон и точечные дефекты с примыкающими к ним областями относятся к участкам второго типа. Им соответствуют пики или ступеньки на рефлектограмме, которые называются соответственно отражающими и поглощающими событиями. Рефлектометр дает возможность точно определить расстояние до таких событий (локализовать дефект). С помощью рефлектометра можно приближенно вычислять потери на таких элементах, а также оценить интегральные потери в целом по всему тестируемому участку. Однако необходимо помнить о возможных ошибках измерений, связанных с косвенным характером измерения потерь, и о возможности появления ложных сигналов.

Пиками характеризуются отражающие элементы. Мощность отраженного сигнала, а, следовательно, положение вершины пика, определяется мощностью зондирующего импульса и коэффициентом отражения, но не зависит от его длительности. К отражающим элементам относятся механические соединения. Пик на рефлектограмме обусловлен френелевским отражением на торцах соединяемых волокон,, а вносимые разъемом потери приводят к снижению величины рассеянного сигнала сразу за ним.

Амплитуда пика характеризует качество соединения волокон. Так сварные соединения, как правило, являются не отражающими, а наличие даже слабого пика говорит о плохом качестве сварки. Отсутствие отражения на хороших сварных соединениях связано с отсутствием скачка показателя преломления, т.к. сколотые торцы волокон сплавляются друг с другом. Однако на сварных соединениях потери все-таки есть. Хорошо сваренное соединение трудно «засечь», так как потери на нем невелики и появляющаяся «ступенька» на рефлектограмме очень мала.

Потери на микроизгибах имеют аналогичные характеристики и их трудно отличить от потерь на сварных или механических соединениях.

Таким образом, рефлектометр оперативно предоставляет наглядную информацию, позволяющую судить о качестве ВОЛС, дает возможность обнаружить и локализовать подозрительные участки. Учитывая возможные источники ошибок, и приняв меры по их устранению с помощью рефлектометра можно проводить измерения потерь на соединениях и на прочих участках ВОЛС.

Ложные сигналы (духи) и ошибки при измерениях потерь на соединениях

При стандартном анализе рефлектограмм предполагается, что в прямом направлении распространяется только один зондирующий световой импульс и рефлектограмма формируется в результате однократного рассеяния или отражения этого импульса. Однако это предположение не всегда выполняется. Если тестируемый участок ВОЛС содержит более одного элемента с сильным отражением, то возникают многократные отражения от каждой пары сильно отражающих элементов. Следствие многократных отражений – появление ложных сигналов или «духов».

Для объяснения причины возникновения ложных сигналов рассмотрим прохождение зондирующего импульса через участок ВОЛС с двумя сильно отражающими стыками (см. рис.7.). Ложный сигнал формируется в результате трех последовательных отражений соответственно от стыка В, стыка А и снова от стыка В. Ложный сигнал расположен симметрично отражению от стыка А относительно отражения от стыка В, а его амплитуда значительно меньше амплитуд сигналов от реальных отражающих стыков.


Рис.7. Формирование ложного сигнала рефлектометра при наличии двух отражающих элементов ВОЛС.

При измерении рефлектометром потерь на соединение волокон различного типа существует принципиальный источник ошибок – неодинаковость параметров стыкуемых волокон. Так, например, измеренное по рефлектограмме значение потерь на соединение отличается от действительного значения на величину разности коэффициентов обратного рассеяния в логарифмических единицах. Ситуацию, в которой измерения потерь на соединение дают ошибки такого рода, иллюстрирует рефлектограмма на рис. 8. Соединение участков I и II выглядит так, как будто в нем происходит усиление сигнала. Наоборот, соединение участков II и III выглядит вносящим потери, превышающие их реальную величину. Рефлектограмма на рис. 8 соответствует отрезку ВОЛС, содержащему участок волокна с повышенным коэффициентом обратного рассеяния.

Измерения рефлектометром потерь на соединение волокон дадут правильное значение потерь только в том случае, если параметры двух волокон равны. Если они не равны, но известно их соотношение, то измеренное значение может быть скорректировано. Однако наибольшую точность измерений дает использование двух рефлектограмм, снятых с разных концов ВОЛС. Действительные потери на соединение равны полусумме измерений из двух рефлектограмм, снятых с разных концов.


Рис. 8. Рефлектограмма отрезка ВОЛС, содержащего участок волокна с большим коэффициентом обратного рассеяния.

Технические характеристики импульсного оптического рефлектометра

С точки зрения пользователя, при работе с оптическим рефлектометром важно знать какова максимальная длина тестируемого участка ВОЛС, какова точность определения расстояния до обнаруженных дефектов, дефекты с какой величиной минимальных потерь могут быть обнаружены в тех или иных условиях, какова точность измерения потерь.

В большинстве случаев ответ на поставленные вопросы зависит не только от возможностей рефлектометра, но и от характеристик тестируемого объекта (участка ВОЛС или отдельного волокна). Например, максимальная длина тестируемых одним и тем же рефлектометром волокон зависит от коэффициента затухания света в них.

Технические возможности рефлектометров, определенные таким образом, что они не связаны с характеристиками конкретного тестируемого объекта, а измерены в стандартных условиях, называются техническими характеристиками. По известным техническим характеристикам можно установить возможность проведения измерений и достижимую точность измерений в конкретных условиях.

К техническим характеристикам рефлектометра относятся следующие:

• Динамический диапазон и диапазон измерений

• Мертвые зоны рефлектометра

• Пространственная разрешающая способность

• Точность измерения расстояния

• Точность измерения затухания

Динамический диапазон рефлектометра Ddв выражается в дБ и позволяет оценить максимальную длину тестируемого участка ВОЛС по формуле: L = Ddв / α dв

Динамический диапазон оптического рефлектометра определяется как разность между уровнем мощности Рso обратного рассеяния в самом начале волокна и определенным тем или иным способом уровнем шумов Pnois при заданном времени измерений в соответствии с формулой — потери ВОЛС в дб/км.

Динамический диапазон представляет собой наиболее важный параметр, он часто используется для классификации рефлектометров и предоставляет информацию не только о максимальном допустимом уровне потерь в тестируемой ВОЛС, но и о времени, необходимом для осуществления измерений.

Отметим, что в приведенном определении начальный уровень обратного отражения не является собственной характеристикой рефлектометра, т.к. зависит от коэффициента обратного рассеяния.

В современных волокнах флуктуации коэффициента обратного рэлеевского рассеяния обусловлены, в первую очередь, флуктуациями диаметра модового пятна. Из-за случайного характера вариаций диаметра модового пятна, их разность с одинаковой вероятностью может быть как положительной, так и отрицательной. Поэтому на рефлектограммах с примерно одинаковой вероятностью наблюдаются ступеньки, направленные как вверх, так и вниз.

Коэффициент обратного рэлеевского рассеяния прямо пропорционален произведению коэффициента прямого рэлеевского рассеяния на коэффициент захвата рассеянного излучения модой волокна. В свою очередь, коэффициент захвата прямо пропорционален квадрату апертурного угла моды и обратно пропорционален квадрату диаметра модового пятна.

Неопределенность вносит, также, возможное различие в определении критического уровня шума, а также тот факт, что уровень шума зависит от времени усреднения.

Поэтому целесообразно определять динамический диапазон в одинаковых, общепринятых, т.е. стандартных условиях.

Наиболее часто уровень шумов устанавливается двумя способами: по среднеквадратичному значению либо по уровню 98% вероятности. Для гауссовского шума уровень 98% превышает примерно в 2,4 раза среднеквадратичное значение. Поэтому, величина динамического диапазона, определяемая по среднеквадратичному уровню шума, примерно на 1,8 дБ больше величины динамического диапазона, определенной по 98% уровню шумов.

Величина динамического диапазона зависит от параметров, устанавливаемых пользователем: длительности импульсов, времени усреднения сигнала и диапазона измеряемых длин. Так, например, при увеличении длительности импульса в 1000 раз (от мкс) коэффициент обратного рэлеевского рассеяния увеличивается (по шкале рефлектометра) на . Так как уровень шумов (в отсутствие сигнала) при этом не меняется, то динамический диапазон тоже увеличивается на .

При увеличении времени усреднения, коэффициент рэлеевского рассеяния не меняется, зато уменьшается среднеквадратичное значение шума. В первом приближении шум можно полагать белым (гауссовым). Поэтому его среднеквадратичное значение изменяется обратно пропорционально квадратному корню из времени усреднения сигнала. Это значит, что при увеличении времени усреднения от , уровень шума уменьшается (а динамический диапазон увеличивается) по шкале рефлектометр на .

На сегодняшний день динамический диапазон является основным параметром, по которому проводится сравнение различных моделей рефлектометров. Так как его величина увеличивается с увеличением длительности импульсов t и времени усреднения сигнала Т, то обычно значение динамического диапазона приводят при максимальных для данного прибора значениях t и Т. МЭК рекомендует при сравнении динамических диапазонов рефлектометров использовать следующие величины: t=10 мкс и Т=3 мин.


Рис.9 Динамический диапазон и диапазон измерений

Близкой к динамическому диапазону характеристикой рефлектометра является диапазон измерений.

Диапазон измерений определяется как максимальное значение потерь на участке от входа в волокно до тестируемого элемента, при котором параметры этого элемента могут быть аккуратно измерены. Рекомендуется в качестве такого элемента использовать сварное соединение с потерями 0,5 дБ.

Так как точность измерения потерь зависит от отношения сигнал/шум (SNR) в данной точке, то приборы с более высоким динамическим диапазоном, при прочих равных условиях, обеспечивают больший диапазон измерений. Кроме того, на величину диапазона измерений существенно влияет алгоритм программного обеспечения, используемый для выделения сигнала на фоне сильных шумов. На рис.9 показаны значения динамического диапазона и диапазона измерений.

Мертвые зоны рефлектометра

Мертвые зоны рефлектометра это участки вблизи отражающих элементов, в которых затруднены измерения. Область вблизи отражающего события, в пределах которой невозможно обнаружить другое отражающее событие, называется мертвой зоной отражения. Область вблизи отражающего события, в пределах которой невозможно точно измерить уровень мощности обратного рассеяния называется мертвой зоной затухания, т.к. этот участок волокна исключается из процесса измерения затухания.

Общеприняты следующие определения двух типов мертвых зон.

Мертвая зона отражения определяется расстоянием между началом отражения и точкой на спаде пика отражения с уровнем — 1.5 дБ относительно вершины.

Мертвая зона затухания определяется расстоянием от начала отражения до точки, в которой уровень сигнала фотоприемника отличается не более чем на 0.5 дБ от уровня обратного рассеяния. ±

Приведенные определения двух типов мертвых зон иллюстрирует рис. 10.


Рис.10. Определение мертвой зоны отражения и мертвой зоны затухания.

На величину мертвой зоны оказывает влияние, также, шаг дискретизации, которым можно пренебречь только в том случае, если его величина много меньше величины мертвой зоны, определенной без его учета.

Пространственная разрешающая способность

Как и мертвая зона отражения, пространственная разрешающая способность характеризует возможность с помощью рефлектометра различить два события. Но если в определении мертвой зоны отражения рассматриваются два отражающих события, то пространственная разрешающая способность характеризует способность различать поглощающее событие на фоне отражающего. Пространственная разрешающая способность вблизи входного торца определяется как минимальное расстояние, на котором рефлектометр позволяет обнаружить и аккуратно измерить поглощающее событие (например, сварное соединение).

Предложены спецификации пространственной разрешающей способности также и для одиночных событий. Для сварки с потерями менее 1 дБ разрешающая способность определяется как длина ступеньки между уровнями 10% и 90% ее высоты. Для одиночного отражающего события пространственная разрешающая способность определяется как длительность пика по уровню 50%.

Пространственная разрешающая способность зависит не только от длительности импульса, но и от ширины полосы пропускания предусилителя. Для оценки величины разрешающей способности одиночного отражающего события можно использовать приближенное выражение:

Точность измерения расстояния

Локализация неисправностей является одной из важнейших задач при тестировании ВОЛС. При использовании рефлектометра для локализации дефекта необходимо помнить, что рефлектометр измеряет время прохождения света до неисправности и обратно. Измеренное значение времени используется для вычисления расстояния от торца до неисправности вдоль волокна. Длина оптического кабеля меньше этой длины, причем отношение длин волокна и кабеля — индивидуальная характеристика кабеля.

Точность определения расстояния характеризуется величиной абсолютной и относительной погрешности измерения расстояния.

Необходимость пересчета и возможная неточность внутренних часов рефлектометра вызывают появление постоянной относительной ошибки, называемой ошибкой масштабирования. Абсолютная ошибка Δm определения длины волокна равна произведению относительной ошибки dm масштабирования на длину L :

Вклад в величину относительной ошибки масштабирования дают ошибка в определении показателя преломления и нестабильность тактовой частоты (внутренних часов).

Другими источниками ошибок являются ошибки дискретизации и ошибки локализации.

Ошибки дискретизации определяются скорость работы аналого-цифрового преобразователя, задающей период между двумя последовательными отсчетами.

Ошибка локализации обусловлена неточностью определения положения события из-за наличия шумов и тесно связана с пространственной разрешающей способностью рефлектометра. Следует сказать, что ошибка локализации существенно зависит от типа события и от алгоритма определения его положения, а также от уровня шума в точке измерений.

Расстояние до событий может определяться оператором с использованием курсора, устанавливаемого в точке начала пичка и ступеньки. В этом случае на точность определения расстояния могут оказывать влияние субъективные факторы, в том числе опыт оператора.

Точность измерения затухания.

Затухание рассчитывается рефлектометром косвенно, по величине сигнала обратного рассеяния. Изменение коэффициента обратного рассеяния может приводить к ошибкам измерений, не связанным с техническими характеристиками рефлектометра.

Поэтому точность измерения затухания целесообразно специфицировать для поглощающих событий и для отрезков однородного волокна.

Ошибки измерений затухания определяются ошибками измерения мощности сигнала обратного рассеяния.

В большинстве рефлектометров световой сигнал преобразуется в электрический при помощи измерительного преобразования (см. рис.4.). Измерительный преобразователь состоит из фотоприемника и предусилителя.

В идеальном преобразователе электрический ток (иногда — напряжение) должен быть прямо пропорционален мощности светового сигнала. Выходной ток (напряжение) измерительного преобразователя измеряется цифровым амперметром (вольтметром).

Ошибки измерений возникают из-за наличия шумов преобразователя и случайных ошибок измерителя, а также из-за нелинейности характеристик фотоприемника, предусилителя и амперметра (вольтметра).

В рефлектометрах ошибку измерений затухания характеризуют линейностью рефлектометра LN[дБ/дБ], равной отношению модуля отклонения ΔАдБ измеренного значения от действительного АдБ к действительному значению затухания в дБ.


Потери на стыках волокон.

На вносимое затухание смонтированного участка помимо собственного затухания волокна оказывает влияние качество соединений различных участков линии (разъемные и не разъемные соединения – сварные соединения, коннекторы и т. д.)

Условно потери в соединениях можно разделить на два вида:

1. Потери из-за различий в свойствах соединяемых волноводов.

2. Потери, связанные с плохим качеством соединения.

Неодинаковые показатели преломления сердцевин соединяемых волокон.

Потери из-за различия показателей преломлений сердцевин волокон являются следствием френелевского отражения на границе раздела двух сред с разными показателями преломления. В предположении, что волокна имеют ступенчатый профиль показателя преломления и соединение выполнено без дефектов потери, возникающие по причине стыковки двух различных волокон, могут быть описаны следующим образом:


Различные числовые апертуры соединяемых ОВ.

Пусть волокно, из которого приходит излучение, имеет числовую апертуру NA1, а в которое излучение вводится NA2, соответственно. В таком случае, при отсутствии дефектов в месте соединения потери составят

Различные диаметры сердцевин соединяемых ОВ.

Пусть d1 и d2 диаметры сердцевин соединяемых волокон. В таком случае потери могут быть описаны следующем образом:


Радиальное смещение волокон.

Пусть d – диаметр волокна, h – величина осевого смещения. В таком случае, при условии малого смещения () потери описываются следующей формулой:


Если Вам необходимо провести тестирование ВОЛС, — смело обращайтесь к нам!

Ознакомиться с нашими услугами по ВОЛС Вы можете здесь.

Технология поиска дефектов кабеля с использованием рефлектометра: замокшие участки кабеля

Выберите страну

Выберите регион

Выберите город

Несмотря на все титанические усилия, направленные на то, чтобы телефонные кабели всегда оставались сухими, вода остается наиболее вероятной причиной появления в них неисправностей. Проникновение воды внутрь кабеля приводит к повреждениям различного типа, но чаще всего оно оборачивается высокоомном замыканием.

Признаки присутствия воды в кабеле с течением времени меняются. Обычно первым симптомом служит появление шумов на линии, которые может слышать абонент. Шумы возникают из-за протекания микротоков между проводниками. Если обслуживающий персонал не предпримет никаких мер, то через некоторое время проблема может разрастись до такой степени, что связь окажется вообще невозможной.

Кабели, в которые попала вода, можно условно разделить на два типа: влажные и замокшие.

Большую часть времени кабель просто влажный. В кабелях с заполнителем вода может скапливаться в существующих пустотах, в воздушных кабелях — в местах провисания. В теплую погоду она испаряется, а в холодную — снова конденсируется. В результате медная проводка подвергается коррозии, что приводит к повышению сопротивления и плохому функционированию кабеля.

Замокание происходит из-за проникновения воды в кабель через поврежденную оболочку.

В данном случае воздействие могут оказывать грунтовые воды, таяние снега, осадки и т. д. Погруженный под воду кабель может нормально работать, однако в будущем в нем неизбежно возникнут повреждения.

ПОИСК МЕСТ ЗАМОКАНИЯ КАБЕЛЯ

Воздействие воды обнаруживается, когда рефлектометр фиксирует изменение сопротивления тестируемой пары вследствие изменения ее емкости. Кроме того, индикатором может служить скорость распространения импульса, которая напрямую зависит от характеристик кабеля.

Вода в кабеле «замедляет» сигнал, причем на замокшем участке скорость распространения электрического сигнала меняется порой через каждый сантиметр. В результате значительно затрудняется измерение фактической длины всего кабеля и замокшего участка, так как рефлектометр измеряет промежутки времени. (Мостовой измеритель укажет, что длина кабеля больше, чем фактическая.) Вода значительно повышает емкость замокшего участка кабеля, поэтому подобрать нужное значение коэффициента распространения не удастся. Чтобы правильно определить длину кабеля, обычно измеряют длину сухого участка (с одной стороны или с обеих сторон). Если полная длина кабеля известна, из нее остается вычесть длины сухих участков. Очень часто граница замокшего участка начинается слишком близко от точки подключения рефлектометра. В таком случае прибор не выявит наличие воды. Поэтому кабель необходимо проверять с двух сторон.

Для упрощения определения длины замокшего участка некоторые рефлектометры имеют функцию «маркера» для измерения расстояния между двумя точками, благодаря которой удается избавиться от необходимости измерения сухих участков с обеих сторон кабеля.

Из рисунка следует, что L2 = Lкабеля – (L1 + L3), где L2 — известная длина кабеля, а L1 и L3 — сухие участки.

В случае замокания вода влияет на работу многих пар кабеля. При тестировании свободной или неактивной пары существует вероятность появления на ней постороннего напряжения от других активных пар, из-за чего большинство методов тестирования, например с помощью мостовых измерителей, приводит к искажению результатов. В такой ситуации единственным прибором, который позволит найти место замокания, вызвавшее повреждение кабеля, является рефлектометр (TDR).

Классическая рефлектограмма замокшего кабеля имеет три ключевых точки. Первая — спад рефлектограммы (отраженный импульс отрицательной полярности) в том месте, где начинается участок замокшего кабеля. Вторая — замокший участок кабеля, обычно имеющий слегка изогнутую характеристику с «шумами» (это не фактические шумы, а просто неравномерность импеданса, обусловливающая появление неровной характеристики на данном участке кабеля). И, наконец, третья — подъем рефлектограммы в конце замокшего участка кабеля (отраженный импульс положительной полярности). Показанная на рисунке классическая рефлектограмма относится к идеальному случаю.

Важно подчеркнуть, что вода в кабеле очень быстро ослабляет сигнал рефлектометра. Если замокший участок очень длинен, то его дальнюю границу на дисплее прибора увидеть не удается.

На реальной рефлектограмме кабеля, в муфту которого попала вода, наблюдается сигнал, отраженный от места кабельной муфты и замокшего участка кабеля. Сначала его достаточно трудно заметить, но повышение уровня усиления сделает рефлектограмму более четкой.

После повышения уровня усиления значительно проще увидеть классический спад рефлектограммы после кабельной муфты (на расстоянии приблизительно 750 м) и неравномерную рефлектограмму для замокшего участка кабеля (на расстоянии около 800—1000 м). В том месте, где заканчивается замокший участок кабеля, линия рефлектограммы уходит вверх (на расстоянии приблизительно 1100 м). Кроме того, достаточно четко определяется конец кабеля — после 2000 м.

ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ НА ЗАМОКШЕМ УЧАСТКЕ КАБЕЛЯ

Одна из самых сложных задач, связанных с поиском неисправностей посредством рефлектометра, состоит в выявлении повреждений на замокшем участке кабеля. Дисплей рефлектометра будет указывать на наличие воды, но места различных неисправностей обычно маскируются искажениями, создаваемыми водой в кабеле.

В качестве примера приведем процедуру поиска повреждений на участках замокшего кабеля с помощью рефлектометра. Кроме всего прочего, она позволяет убедиться в преимуществах дифференциального метода измерения в режиме реального времени.

На дисплей рефлектометра будет выводиться разница между характеристиками «исправной» и проверяемой пар. Обе проходят через один и тот же замокший участок кабеля, поэтому влага не будет оказывать никакого влияния на итоговую рефлектограмму — на ней останутся только имеющиеся между двумя парами различия.

После того как на дисплее будет видно, где находится повреждение, можно будет измерить расстояние до него.

Итак, вода может попасть внутрь оболочки кабеля в силу разных причин. Наличие воды в кабеле приводит к появлению различных повреждений, из-за чего, в свою очередь, могут возникнуть трудности у вас и ваших абонентов. Когда есть подозрения, что внутри телефонного кабеля имеется вода, первоочередной задачей становится определение местоположения неблагополучного участка. Роль рефлектометра в быстрой локализации места попадания воды в телефонный кабель просто невозможно переоценить.

Видимая и инфракрасная спектроскопия картин и улучшенная рефлектография | Heritage Science

  • Исследовательская статья
  • Открытый доступ
  • Опубликовано:
  • Джон К. Делани 1 ,
  • Матье Тури 1  nAff3 ,
  • Джейсон Г. Зейбель 2
  • , ,0005 Паола Риккарди 1 nAff4 ,
  • Кэтрин М. Моралес 1 и
  • Кэтрин А. Дули 4 1 4 1 Научное наследие том 4 , номер статьи: 6 (2016) Процитировать эту статью

    • 11 тыс. обращений

    • 68 цитирований

    • 8 Альтметрический

    • Сведения о показателях

    Реферат

    История вопроса

    Спектроскопия изображений, совокупность пространственно совмещенных изображений во многих смежных спектральных диапазонах, была разработана для дистанционного зондирования Земли с использованием отражения или люминесценции. В этой статье мы обобщаем результаты применения визуализирующей спектроскопии к произведениям искусства для выявления и картирования пигментов художников, улучшения визуализации подготовительных эскизов и выявления неоригинального материала. 9для сбора кубы спектральных изображений диффузного отражения различных картин. Полученные кубы (400–1700 нм, 310 спектральных полос) были откалиброваны по отражательной способности, а полученные спектры сравнивались с точечными спектрами, полученными с помощью волоконного отражательного спектрометра (350–2500 нм). Кроме того, калиброванная мультиспектральная камера (600–950 нм, восемь спектральных диапазонов) использовали для получения кубов спектрального изображения люминесценции после возбуждения картин в синих длинах волн.

    Результаты

    Показано, что изображения в искусственных цветах, полученные с помощью системы формирования изображений SWIR, обеспечивают улучшенную визуализацию изменений на картинах с большими и сложными переделками, например. Пабло Пикассо « Трагедия » (1903). Изображения в искусственных цветах и ​​спектры отражения позволили окончательно идентифицировать реставрацию сиенской живописи конца 13 века, которую невозможно увидеть с помощью традиционной инфракрасной рефлектографии. Спектральная обработка изображения на кубах изображения отражательной способности использовалась для идентификации первичных пигментов или смесей пигментов. Например, первичные пигменты и их распределение в 9 картинах Пикассо.0081 Пионы (1901) определяли и сравнивали с помощью рентгенофлуоресцентного (РФА) анализа и сканирующей электронной микроскопии-энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (СЭМ-ЭДС).

    Заключение

    Результаты показывают, что комбинация данных отражательной способности SWIR и данных люминесценции обеспечивает более надежную возможность определения пигментов, чем при использовании только видимой спектроскопии. Также подчеркивается полезность спектроскопии визуализации отражения в области SWIR для лучшего выявления конкретных изменений краски, включая изменения в рисунках и маркировках, сделанных первоначальным художником, или изменения, внесенные последующим консерватором, например, заливкой.

    Фон

    Консервация картины требует понимания материалов (краски и связующие вещества) и методов построения, используемых художником. В настоящее время используются многочисленные аналитические методы, которые предоставляют обширную подробную информацию об используемых материалах, а также о стратиграфии слоев краски. Все эти методы, такие как СЭМ-ЭДС, высокоэффективная жидкостная хроматография и спектроскопия среднего ИК-диапазона в режиме пропускания, требуют диспергированных образцов (соскабливания с поверхности краски) или поперечных срезов краски. Хотя достижения в области технологий и разработка новых протоколов учеными-природоохранниками свели к минимуму необходимый размер выборки, взятие проб по-прежнему необходимо. Несмотря на то, что эти методы дают самую подробную химическую информацию об используемых материалах, их нельзя использовать для всей окрашенной поверхности, поскольку разрешенное количество образцов ограничено.

    Один из методов, который используют реставраторы для сбора информации по всей окрашенной поверхности, — это инфракрасная рефлектография. Инфракрасная рефлектография — это использование инфракрасного излучения для проникновения под поверхность краски и визуализации композиционных изменений краски и подготовительных эскизов [1]. Полученные изображения называются инфракрасными рефлектограммами и могут также предоставить информацию об эволюции состава и методов построения. Инфракрасная рефлектография часто применяется таким образом, что отраженный свет собирается в широком спектральном диапазоне (т. Е. Широкополосном) в ближнем инфракрасном (NIR, 750–1000 нм) и коротковолновом инфракрасном (SWIR, 1000–2500 нм). Объем химической информации, которую можно получить в этой ситуации, весьма ограничен, поскольку значения шкалы серого на рефлектограмме представляют собой среднее значение интенсивности отраженного света в таком большом спектральном диапазоне [1]. По сравнению с широкополосной визуализацией отражения сужение и сдвиг спектральной полосы, используемой для исследования произведений искусства (за счет использования оптических фильтров или спектрометра), изменяет оптимальный контраст краски, а подготовительные рисунки могут быть визуально лучше. отделены от других слоев краски [1].

    Чтобы на самом деле идентифицировать химически различные материалы, такие как пигменты (как органические, так и неорганические) и связующие краски, реставраторы и ученые-реставраторы заинтересовались адаптацией методов химической визуализации для получения информации на макроуровне. Химические методы визуализации также можно использовать для дополнения и расширения наблюдений, сделанных в результате анализа конкретных участков, и определения участков для отбора проб. Большинство методов, основанных на визуализации, были разработаны на основе успешных методов анализа на месте, которые не требуют образцов. К ним относятся отражательная [2–4], люминесцентная [4, 5] и рентгенофлуоресцентная (РФ) [6] спектроскопии. Спектроскопии отражения и люминесценции дают информацию об электронных переходах [5, 7–13]. Спектроскопия отражения в SWIR дает информацию о колебательных переходах, которые в основном представляют собой обертоны и комбинированные полосы, основные переходы которых происходят в среднем ИК-диапазоне. Эти особенности часто связаны с функциональными группами, такими как гидроксил (-OH) и карбонат (-CO 3 ) [7]. Особенности поглощения органических материалов, таких как связующие краски, включая амидные группы белков и липидные полосы масел и восков, также можно наблюдать [14] и даже использовать для картирования их пространственного распределения [15, 16]. Спектральное разрешение, необходимое для идентификации и картирования, варьируется в зависимости от области спектра. В видимом диапазоне многие электронные переходы пигментов (например, синие, зеленые и землистые) медленно изменяются в зависимости от длины волны, что подразумевает возможность использования низкого спектрального разрешения. Однако для различения пигментов с острыми краями перехода, таких как красные и желтые полупроводниковые пигменты, может потребоваться разрешение <5 нм. В области SWIR требуемое разрешение должно быть <10 нм, чтобы разрешить узкие колебательные полосы, связанные с некоторыми связующими средами [14–16]. Рентгеновская флуоресценция, напротив, дает информацию об элементном составе материалов и позволяет сделать вывод о возможных присутствующих красителях [17]. Поскольку многие из используемых пигментов являются неорганическими материалами, использование XRF-спектроскопии в консервации широко распространено.

    Эффективное макромасштабное изображение картин с использованием спектрометров линейного сканирования [2–4, 15, 16] или систем визуализации на основе фильтров [5, 10, 18] позволило ученым-реставраторам собирать изображения отражения и люминесценции картин в видимом диапазоне. (400–750 нм), NIR и SWIR. Используя высокочувствительные матрицы в фокальной плоскости, изображения можно получать в условиях освещения, подходящих для изучения картин и даже освещенных рукописей [15, 18]. Скорость сбора обычно составляет порядка нескольких минут для сканирования области 640 на 640 пространственных пикселей в 150–300 спектральных диапазонах [2, 4, 15, 16]. Напротив, спектроскопия XRF-визуализации была реализована с использованием метода растрового сканирования, который предоставляет подробную информацию об используемых элементах и, в некоторых случаях, о том, как они расположены в произведении искусства. На выполнение этих XRF-сканирований может уйти много десятков часов в зависимости от размера картины [19].].

    Методы химической визуализации, описанные выше, относятся к типу спектроскопии визуализации или гиперспектральной визуализации. В этой статье мы показываем применение спектроскопии изображений для изучения картин на холсте и деревянных панелях. В первом примере используется визуализирующая спектроскопия в видимой и SWIR-областях для картирования и идентификации основных красителей, использованных в картине Пабло Пикассо «Пионы ». В следующих примерах визуализирующая спектроскопия в SWIR помогает предоставить подробную информацию о рисунках и изменениях краски на сильно переработанных картинах, а также о том, какие области, вероятно, являются исходным материалом на картинах, которые подверглись реставрации до современной практики консервации.

    Experimental

    Спектроскопия отражения – Системы формирования изображений и точечные системы: Камеры формирования изображений гиперспектрального отражения и методы обработки были описаны ранее [4] и здесь кратко изложены. Спектрометр визуализации в диапазоне от видимого до ближнего инфракрасного (VNIR) (SOC-730VNIR, Surface Optics Corporation, CA) представляет собой щелевой гиперспектральный датчик, в котором используется спектрометр с пропускающей решеткой (Specim Corp, Финляндия). Спектральный диапазон составляет 417–973 нм со спектральной дискретизацией 2,25 нм, что дает 240 изображений спектральных диапазонов. Вращающееся сканирующее зеркало используется для развертки одного пространственного измерения куба гиперспектрального изображения, что дает окончательный размер изображения 640 на 640 пространственных пикселей на 240 каналов спектрального изображения. Используется время интегрирования 120 мс, что дает время сбора данных 77 с на куб. Первый SWIR-спектрометр, использованный для двух картин Пикассо, также представляет собой щелевую сканирующую систему, в которой используется решетчатый спектрометр для дисперсии длин волн (SOC-720SWIR, Surface Optics Corp). Матрица InGaAs с разрешением 640 на 512 пикселей в фокальной плоскости (640SDV, Sensors Unlimited, NJ) используется в качестве матрицы детекторов. Спектральный диапазон детектора от 9От 60 до 1810 нм со спектральной дискретизацией 10 нм, что дает изображения 85 спектральных диапазонов. Интеграция 33 мс на строку дает время сбора данных 22 с на куб изображения. Вторая гиперспектральная камера SWIR аналогична, хотя использовалась более чувствительная матрица InGaAs (640HSX-1.7RT, Sensors Unlimited, NJ) вместе со спектрометром с дискретизацией 3,4 нм, что дает 209 спектральных полос от 967 до 1680 нм. Большая белая панель Spectralon ® используется для плоского поля кубов изображения, а два встроенных в сцену черно-белых стандарта используются во всех случаях для калибровки кубов изображения по коэффициенту отражения. Для исследованных картин Пикассо освещение осуществлялось с помощью вольфрамовых галогенных ламп мощностью 750 Вт, часто используемых для инфракрасной рефлектографии [1, 4], а для сиенской живописи использовались лампы мощностью 125 Вт. Кубы пространственно регистрируются вместе с помощью функции отображения поворота и перемещения, параметры которой определяются набором связующих точек, определенных вручную. Этот процесс калибровки и регистрации дает куб спектрального изображения, содержащий полезную информацию от 420 до 1660 нм в 310 изображениях спектральных диапазонов. Куб изображения SWIR был скорректирован по усилению, чтобы соответствовать кубу изображения VNIR на 960–970 нм. Хотя это скорректировало большинство смещений, можно наблюдать некоторые небольшие отклонения, вероятно, из-за небольших остаточных ошибок из-за рассеянного света.

    Для определения базового набора спектров отражения, описывающих присутствующие компоненты (т. е. концевые элементы), куб изображений был обработан с использованием гиперспектральных алгоритмов, разработанных для анализа данных дистанционного зондирования [20] и признанных полезными для анализа кубов изображений картин и рукописей. [4, 15, 16, 18]. Из-за большого количества спектров отражения в кубе изображений для уменьшения размерности данных использовалась многомерная статистика. Для этого использовался анализ главных компонент (ПК) для определения разнообразия куба изображения, выпуклая геометрия использовалась для нахождения спектрально чистых пикселей, а затем эти пиксели вручную группировались в пространстве ПК. После того, как спектры концевых элементов были определены, алгоритм спектрального картирования был использован для картирования каждого конечного члена. Алгоритм отображения определяет угол между спектром каждого конечного члена и спектром каждого пространственного пикселя в кубе изображения. Используя пороговый угол, определенный из изучения гистограммы значений угла, строится карта с пороговым значением, чтобы показать, где пространственные пиксели имеют спектры отражения, которые хорошо совпадают со спектром эталонного конечного элемента. Используя эталонные базы данных спектров отражения известных художественных пигментов и ранее идентифицированные спектральные характеристики художественных пигментов, спектры конечных членов были присвоены пигментам, когда это было возможно.

    Волоконно-оптическая отражательная спектроскопия (FORS): FORS выполняли в отдельных точках с использованием волоконного спектрорадиометра (Field Spec3, ASD Inc.), работающего в диапазоне длин волн от 350 до 2500 нм [4]. Спектральное разрешение составляло <3 нм в VNIR-диапазоне и <10 нм в SWIR-диапазоне. Область выборки имела диаметр приблизительно 3 мм, а время сбора данных для каждого спектра было короче 4 с. Для этих измерений уровни освещенности поддерживались ниже примерно 4000 люкс. Спектрометр был откалиброван с использованием белого Spectralon 9.Стандарт 0014 ® .

    Рентгенофлуоресцентная (РФ) спектроскопия: РФА-анализы выполнялись с помощью спектрометра Röntec ArtTAX µXRF, оснащенного родиевой рентгеновской трубкой, гелиевой промывкой и капиллярной оптической линзой диаметром 60 мкм. Напряжение рентгеновской трубки 50 кВ, ток 200 мкА, время интегрирования 200 с. Данные РФА интерпретировали с использованием традиционных методов, то есть наличие пигментов предполагалось по обнаруженным элементам, внешнему виду исследованных мест и атрибуции произведения искусства.

    Спектроскопия визуализации люминесценции: как описано ранее [4, 5], для получения кубов изображения, откалиброванных по относительной яркости, использовалась система освещения и мультиспектральной камеры, собранная внутри компании и работающая в диапазоне длин волн от 650 до 950 нм. Возбуждающее освещение было выполнено с помощью двух карусельных слайд-проекторов Kodak Ektagraphic III AT (лампы OSRAM 300 Вт EXP), оснащенных оптическими линзами Buhl 152 мм F/D 2,5, установленными под углом 45 градусов от нормали к картине на расстоянии примерно 3,6 м. . Полоса пропускания возбуждения составляла 380–520 нм, определяемая 50 мм 2 Астрономические фильтры Kron/Cousins ​​B, вставленные в два диапроектора. Система мультиспектральных камер состоит из 4-мегапиксельной кремниевой ПЗС-камеры с низким уровнем шума (QImaging Retiga 4000R), оснащенной гиперспектральным объективом с эффективным фокусным расстоянием F/D 2, 25 мм (Coastal Optics). Спектральные интерференционные полосовые фильтры (FWHM 40 нм, Andover Corporation) использовались для создания куба изображения из семи спектральных диапазонов. Для преобразования интенсивности изображения в относительную спектральную яркость использовался метод калибровки на месте с использованием мишени из кадмиевого пигмента, спектральное излучение которого было ранее измерено с помощью спектрорадиометра ASD.

    Результаты и обсуждение

    Картины, изученные с помощью спектрометров видимого и SWIR-изображений, включают Пионы Пабло Пикассо, написанные маслом на оргалите в 1901 году. Оргалит впитывает масло больше, чем подготовленный холст, что придает картине матовый внешний вид. Трагедия , написанная в 1903 году, относится к голубому периоду Пикассо и написана на деревянной панели. Третья изображенная картина называется Maestà или Мадонна с младенцем и четырьмя ангелами, 9.0046 и представляет собой сиенское панно конца 13 века, приписываемое последователю Дуччо ди Буонинсенья. В каждом случае картины были сняты либо с помощью гиперспектральных камер VNIR и SWIR, либо только с помощью SWIR-камеры. Каждая из этих камер состоит из сканирующего зеркала с венчиком перед релейной линзой (передняя оптика), щели и спектрометра с пропускающей решеткой (рис.

    1). Формирование куба изображения осуществляется с помощью сканирующего зеркала, которое перемещает изображение картины через щель спектрометра, таким образом создавая срез куба по одной строке за раз. Этот подход исключает необходимость скольжения камеры перед поверхностью окраски, как это делается в большинстве систем [2, 3], и обеспечивает компактность системы.

    Рис. 1

    Блок-схема типа гиперспектральной камеры со сканирующим зеркалом, используемой для сбора кубов изображения с картин, проанализированных в этом исследовании

    Изображение в полный размер Пионы

    Были собраны два куба гиперспектральных изображений Пикассо Пионов с использованием гиперспектральных камер VNIR и SWIR (рис. 2). Спектральную обработку проводили, как описано ранее [4] и резюмировали в разделе «Экспериментальная часть». В результате обработки были получены восемь конечных элементов спектра отражения, которые, как было установлено, хорошо описывают окраску, как показано результатами картирования и спектрами конечных элементов на рис.

     2b и c. Сравнение спектров конечных элементов со спектрами справочной библиотеки минералов и художественных пигментов, ранее составленными Геологической службой США, CNR-IFAC [21, 22], а также собственными библиотеками и опубликованными статьями, показывает следующее: берлинская лазурь (спектр конечных элементов № 6). на рис. 2c) использовался для многих более темных деталей, составляющих грубый набросок вазы, листьев и контура, отделяющего столешницу от стены. Берлинская лазурь идентифицируется спектрально по характерному сильному поглощению из-за полосы переноса заряда от 700 до 1200 нм [4, 10, 11]. На карте видно, что синий кобальт (крайний элемент № 3) использовался для большинства синих областей на стене на заднем плане. Присвоение кобальтового синего можно сделать по полосам поглощения в видимой области и широкому поглощению в ближней инфракрасной области от ~ 1200 до 1500 нм, которые возникают из-за переходов поля лиганда между d–d-орбиталями Co(II) в псевдо -тетраэдрическая конфигурация [4, 8].

    Рис. 2

    Результаты спектроскопии отражения картины Пабло Пикассо «Пионы » (1901 г.). Дар миссис Гилберт В. Чепмен, 1981.41.1, Национальная художественная галерея, Вашингтон, округ Колумбия. a Цветное изображение. b Изображение в искусственных цветах, показывающее местоположения, на которые сопоставляются концевые члены спектра. c График спектров конечных элементов, отнесенных к (1) кадмию желтому и ярко-красному, (2) изумрудно-зеленому, (3) кобальтовому синему, (4) «коричневой краске», (5) цинковым белилам, (6) берлинской лазури, (7) киноварь, (8) желтый (цинк), (9)) красная краска

    Изображение в полный размер

    Изумрудно-зеленый (крайний элемент № 2), вероятно, использовался для окраски большей части самой вазы и зеленых проходов на стене. Изумрудно-зеленый цвет определяется широким характерным поглощением в SWIR (от 700 до ~ 1000 нм). Также возможно, что берлинская лазурь была смешана с желтым, что дало бы аналогичную форму спектра. Однако рентгенофлуоресцентная спектроскопия обнаружила мышьяк (As) и медь (Cu) в участках вазы и стены (рис. 3a), что подтверждает отнесение зеленого концевого члена спектра к изумрудно-зеленому. Наконец, коричневая таблица хорошо представлена ​​концевым элементом № 4, который имеет маленькую красную переходную кромку на 59°.0 нм, напоминающий киноварь [4, 7]. Спектральная форма NIR конечного члена № 4 наиболее близка к берлинской лазури или изумрудно-зеленому, причем последний имеет больше смысла для достижения коричневатого вида, хотя XRF не был получен для подтверждения этого назначения.

    Рис. 3

    Результаты точечного рентгенофлуоресцентного анализа картины Пикассо Пионы . : XRF-спектр из зеленой вазы, показывающий элементарные признаки меди и мышьяка (вероятно, изумрудно-зеленый). b XRF-спектр белых цветов, демонстрирующий присутствие цинковых белил. c XRF-спектр оранжевых тычинок, показывающий наличие кадмиевых пигментов и киновари. d XRF-спектр желтых участков цветков, показывающий элементарные признаки хромсодержащего пигмента

    Изображение в полный размер

    Спектральный конец № 5 (спектр обозначен черной линией на рис. 1c) соответствует белым цветкам и было обнаружено отсутствие узкой характеристики поглощения при 1447 нм, характерной для гидроксильной полосы свинцовых белил [4, 9]. Это указывает на то, что, возможно, использовались цинковые белила или титановые белила. Спектры FORS, снятые на участках белых цветов, имеют резкий край перехода отражательной способности при 380 нм, что соответствует цинковым белилам, а не свинцовым или титановым белилам [9].]. Это было подтверждено измерениями РФА, которые показали присутствие Zn в белых цветках [23] (рис. 3b).

    Два спектральных элемента представляют собой красные краски, из которых состоят красные цветы. Спектр концевого звена № 7 на рис. 1c имеет резкий край перехода с точкой перегиба на 598 нм, что наводит на мысль о ярко-красном цвете [4]. Обнаружено, что киноварь имеет довольно острый переходный край с точкой перегиба, которая находится между ~ 580 и 600 нм, и FWHM <40 нм [4, 7]. Спектр красного конечного члена № 9имеет точку перегиба при 608 нм и более широкую границу перехода, что предполагает органический краситель типа «красное озеро» [4]. Конечный член «чистого» желтого цвета имеет один край перехода на 518 нм и, как таковой, может быть отнесен к нескольким возможным пигментам (например, желтый кадмий, хромсодержащий желтый). Спектр конечного члена, представленный темно-оранжевым цветом (№ 1), соответствует тычинкам белых цветов и имеет два края перехода отражательной способности, около ~ 505 и 587 нм. Эти два переходных края предполагают наличие двух пигментов, желтого и красного, для создания оранжевого цвета. Идентичность пигментов в этой области может быть пигментами кадмия, хромовыми или цинковыми желтыми красками, киноварью и / или хроматом свинца. Когда в спектрах отражения присутствуют только простые S-образные переходные края, идентификация пигментов только с помощью спектроскопии отражения часто затруднена. Однако можно составить карты, показывающие пространственное распределение неизвестного состава, а затем для облегчения идентификации можно использовать точечные аналитические методы, такие как рентгеновская флуоресценция, рамановская спектроскопия или спектроскопия отражения в среднем ИК-диапазоне. Также могут использоваться другие формы спектроскопии in situ, например, флуоресцентное излучение пигмента часто используется в качестве визуальной подсказки, позволяющей предположить использование красителя. В этом исследовании спектроскопия визуализации люминесценции используется для восстановления не только пространственной информации испускаемой флуоресценции, но и спектральной формы спектров излучения. По сути, это та же экспериментальная схема, что и гиперспектральная визуализация отражения, но из-за низкой квантовой эффективности большинства красителей (<10%) часто используется мультиспектральная визуализация, а не гиперспектральная визуализация. В качестве источника возбуждения использовался синий свет, а изображения эмиссии собирались каждые 50 нм от 650 до 900 нм. Изображения в искусственных цветах показывают, где присутствует эмиссия (см. рис. 4b). Сигнал люминесценции измеряется в темно-оранжевых тычинках белых цветков, частях красных лепестков цветков и, в меньшей степени, белых лепестках цветков. На относительно чисто желтых участках цветков обнаруживается незначительное свечение или его отсутствие. Использование в сцене известных стандартов люминесценции [4, 5] позволяет калибровать куб изображения люминесценции по относительной спектральной яркости. Эта процедура позволяет сравнивать спектры излучения каждой из этих областей. Спектр излучения лепестков белого цветка (спектр № 1 на рис. 4в) уменьшается с 650 до 900 нм, характерный для цинковых или свинцовых белил в связующем для краски, таком как масло [4, 5, 12, 13]. Спектр излучения № 2 от лепестков красного цветка показывает аналогичную тенденцию. Поскольку излучение более интенсивное у красных цветов, чем у белых, вполне вероятно, что излучение связано с дополнительным красным озером, а не только с белыми пигментами. Измерения XRF в люминесцентных областях красных лепестков выявили меньше Zn, чем в люминесцентных белых лепестках, что указывает на меньшее количество цинковых белил и косвенно подтверждает присутствие красного красителя [23]. Наконец, наблюдается смещенный в красную сторону максимум эмиссии от оранжевых тычинок белых цветков (см. спектр №3). Он имеет слабый, но идентифицируемый максимум излучения, который варьируется от 750 до 800 нм. Этот большой спектральный сдвиг в спектрах излучения ~ 250 нм указывает на излучение из низколежащих состояний ловушки полупроводника, в данном случае, вероятно, из кадмия желтого или оранжевого цвета [5]. Предыдущее подробное исследование выявило корреляцию между максимумом эмиссии люминесценции и длиной волны края перехода отражательной способности для пигментов [5]. Используя эти результаты, максимум эмиссии между 750 и 800 нм, вероятно, будет иметь край перехода отражательной способности примерно между 500 и 550 нм, что предполагает, возможно, использование желтого пигмента Cd/S/Se. Точечный рентгенофлуоресцентный анализ оранжевого участка на нижнем цветке выявил Cd и Hg, что согласуется с Cd-содержащим пигментом и киноварью (рис. 3c). Спектры отражения от этих оранжевых тычинок (см. крайний элемент № 1 на рис. 2c) имеют две точки перегиба, одну при ~ 505 нм, а другую при 587 нм, как отмечалось выше, что согласуется с желтым кадмием и киноварью. Рентгенофазовые измерения желтых областей, у которых была небольшая флуоресценция или ее отсутствие, не выявили кадмия, а вместо этого обнаружили хром (Cr), что свидетельствует о наличии хромсодержащего желтого цвета (рис. 3d).

    Рис. 4

    Результаты спектроскопии люминесцентной визуализации Пикассо Пионы . a Цветное изображение. b Люминесцентное изображение в ложных цветах с изображениями спектральных полос 800, 750 и 700 нм, назначенными цветовым каналам R, G и B. c График спектров люминесценции, полученных с трех помеченных участков в кубе

    Изображение в полный размер

    (B) Оптимальная визуализация изменений краски и набросков в картине Пикассо

    Трагедия

    Инфракрасная рефлектография используется при консервации для выявления подготовительных набросков и изменений красок в картинах. Метод включает визуализацию картины в широком спектральном диапазоне в спектральной области от 900 до ~ 1800 нм [1]. В этой области спектра большинство используемых художниками красок меньше поглощают и меньше рассеивают, что позволяет проникать в красочный слой. Однако предыдущие исследования спектральной визуализации показали, что оптимальное спектральное окно для визуализации таких особенностей зависит от используемого материала, а также от толщины слоя краски [1]. Кроме того, визуализация изменения окраски требует неполного проникновения слоев краски. Ожидается, что для сложных и сильно переработанных картин оптимальная спектральная область для визуализации таких изменений будет варьироваться в SWIR. Гиперспектральные изображения в SWIR Пикассо Трагедия (рис. 5) были собраны для поиска таких эффектов.

    Рис. 5

    Цветное изображение картины Пикассо Трагедия (1903). Коллекция Честера Дейла, 1963.10.196, Национальная художественная галерея, Вашингтон, округ Колумбия

    Изображение в полный размер

    Известно, что трагедия имеет несколько композиций под окончательной окраской, основанной на результатах широкополосной инфракрасной рефлектографии [24]. Изучение 85-канального куба изображения SWIR показывает, что скрытые изменения краски и рисунки лучше всего видны, если отображаются узкие области куба. Например, оптимальная визуализация толстого рисунка, используемого для окончательных рисунков, имеет максимальный контраст примерно при 1200 нм (рис. 6а). Это показано разницей в коэффициенте отражения между пикселями, центрированными над материалом для рисования, и пикселями, расположенными рядом с материалом для рисования. Максимальная разница в отражательной способности составляет ~20 %. Таким образом, изображения в искусственных цветах, которые охватывают спектральную область, где различия в интенсивности отражения самые большие (т. е. оптимальную спектральную полосу), с меньшей вероятностью будут загромождены другими окрашенными элементами.

    Рис. 6

    Результаты спектроскопии отражения в коротковолновом инфракрасном диапазоне картины Пикассо «Трагедия » (1903 г.). Инфракрасные рефлектограммы в искусственных цветах трех подробных разделов из Трагедия (верхний ряд a , b и c ). Каждое изображение представляет собой выборку из трех изображений спектральных диапазонов, которые лучше всего раскрывают различные рисунки и карикатуры на панели. Спектры отражения (нижний ряд a , b и c ), взятые с соседних участков, которые находятся непосредственно над или рядом с линией подрисовки, отображаются под соответствующим изображением

    Полноразмерное изображение

    Аналогичным образом, «умирающая лошадь», которая находится под окончательной композицией и напоминает более ранние сцены корриды Пикассо [24], оптимально визуализируется на ~1350 нм (рис. 6б). Здесь максимальная разница коэффициентов отражения составляет менее 5 %, а оптимальный спектральный диапазон уже. На изображении в искусственных цветах показана не только краска, использованная для моделирования лошади, но и линии рисунка, используемые для очерчивания черт лица лошади. Наконец, примерно при 1500 нм вся краска проникает, и лучше всего визуализируются обширные карикатурные рисунки, нарисованные непосредственно на деревянной панели (рис.  6c). Кроме того, вблизи 1600 нм хорошо видна текстура древесины, что указывает на отсутствие земли на панели. Предыдущие широкополосные инфракрасные изображения выявили многие из этих особенностей, однако их было трудно различить из-за низкого отношения сигнал/шум детектора и множества представленных изображений [24]. Таким образом, сочетание узкополосных составных изображений в искусственных цветах и ​​возможности просмотра спектров отражения улучшает способность выделять интересующие особенности по сравнению с более ранней широкополосной методологией, когда создавалось одно изображение инфракрасной рефлектограммы.

    (C) Картографирование консервационной заливки под поверхностью панно конца XIII века

    В дополнение к картированию и идентификации пигментов и визуализации изменений состава под поверхностью произведений искусства спектроскопия отражения также может использоваться для различения областей не -оригинальный материал. Спектроскопия изображения отражения в SWIR-области была выполнена на панели конца 13 века под названием Maestà (Мадонна с младенцем и четырьмя ангелами) последователем Дуччо ди Буонинсенья. На рис. 7б широкополосная инфракрасная рефлектограмма (1000–1700 нм) показывает деталь лица одного из ангелов. В области лица уровни серого одинаковы, что указывает на то, что средний коэффициент отражения от 1000 до 1700 нм одинаков для всей области лица. Это монохромное изображение содержит ограниченную информацию о материале. На рисунке 7c показано изображение в искусственных цветах, созданное на основе данных гиперспектральной отражательной способности, где изображения спектральных полос 1650, 1400 и 1050 нм размещены в каналах красного, зеленого и синего цветов соответственно. На этом изображении видны отчетливые материальные различия в лице. Область между глазами и под глазами на изображении в искусственных цветах выглядит серо-голубой и, вероятно, является заливкой, нанесенной реставратором для покрытия существующей утраты. Спектр из этой области (рис. 7d) показывает медленное увеличение коэффициента отражения от 1000 до 1700 нм с резкой характеристикой поглощения около 1415 нм, что согласуется с тальком [21], распространенным наполнителем в красках. Область лица, которая кажется коричневой на изображении в искусственных цветах, показывает некоторые мазки, которые, вероятно, связаны с verdaccio, зеленоватой подкраской, состоящей из смеси землистых и черных пигментов, которая служит тональным ориентиром для последующего нанесения цвета [25]. ]. Эта область, вероятно, является оригинальной для произведения искусства, и спектр отражения от этой области (показан черным) подтверждает эту гипотезу. Более интенсивное поглощение ниже 1200 нм, вероятно, связано с темной землей и черными пигментами, тогда как дискретное поглощение наблюдается вблизи 1450, 149 нм.0 и 1535 нм указывают на гипс, обычно используемый в качестве грунта в итальянских панелях.

    Рис. 7

    Фрагмент изображения из Мадонна с младенцем и четырьмя ангелами , c. 1290. Коллекция Сэмюэля Х. Кресса, 1961.09.77, Национальная художественная галерея, Вашингтон, округ Колумбия. a Деталь цвета. b Деталь широкополосной инфракрасной рефлектограммы (от 1000 до 1700 нм), которая дает мало информации о материале. c Изображение в искусственных цветах (R = 1650 нм, G = 1400 нм, B = 1050 нм), показывающее отчетливые различия материалов. Область под глазами, вероятно, является консервационной заливкой и соответствует красному спектру на ( d ), который имеет сильное поглощение при ~ 1415 нм, возможно, тальк. Коричневые области на изображении в искусственных цветах показывают мазки, вероятно, связанные с вердаччо, подмалевком, который, вероятно, был оригинальным для произведения искусства. Эта область соответствует черному спектру, поглощение которого между ~1450 и 1550 нм указывает на присутствие гипса

    Полноразмерное изображение

    Выводы

    основных пигментов, используемых в живописи. Этот метод идентификации пигмента становится более надежным в сочетании с методами анализа для конкретных участков, такими как XRF. Также подчеркивается полезность спектроскопии визуализации отражения в области SWIR для лучшего выявления конкретных изменений краски, включая изменения в рисунках и маркировках, сделанных первоначальным художником, или изменения, внесенные последующим консерватором, например, заливкой. Спектроскопия изображений является одним из нескольких новых инструментов картирования и визуализации, которые, вероятно, сыграют важную роль в продвижении нашего понимания полихромных произведений искусства.

    Ссылки

    1. Walmsley E, Metzger C, Delaney JK, Fletcher C. Улучшенная визуализация чертежей с твердотельными детекторами, работающими в инфракрасном диапазоне. Stud Conserv. 1994; 39: 217–31.

      Google ученый

    2. Casini A, Bacci M, Cucci Cucci, Lotti F, Porcinai S, Picollo M, Radicati B, Poggesi M, Stefani L. Волоконно-оптическая спектроскопия отражения и спектроскопия гиперспектральных изображений: два интегрированных метода для изучения Мадонна деи Фузи. Проц. ШПАЙ. 2005; 5857: 177–84.

      Google ученый

    3. Дирк К.В., Дельгадо М.Ф., Ольгин М., Друзик Дж. Метод спектральной визуализации призма-решетка-призма. Stud Conserv. 2009; 54:77–89.

      Google ученый

    4. Делани Дж. К., Зейбель Дж. Г., Тури М., Литтлтон Р., Палмер М., Моралес К. М., де ла Рие Э. Р., Хенигсвальд А. Спектроскопия изображения Арлекина Пикассо в видимом и инфракрасном диапазонах: картирование и идентификация материалов художника на месте. Прил Спектроск. 2010; 64: 584–9.4.

      Артикул Google ученый

    5. Тури М., Делани Дж. К., де ла Ри Э. Р., Палмер М., Моралес К., Крюгер Дж. Люминесценция кадмиевых пигментов в ближней инфракрасной области. Идентификация на месте и отображение на картинах. Прил Спектроск. 2011;65:939–51.

      Артикул Google ученый

    6. Дик Дж., Янссенс К., Ван Дер Сникт Г., Ван дер Лефф Л., Рикерс К., Котте М. Визуализация утерянной картины Винсента Ван Гога с использованием рентгеновского флуоресцентного картирования на основе синхротронного излучения. Анальная хим. 2008; 80: 6436–42.

      Артикул Google ученый

    7. Кларк Р.Н. Спектроскопия горных пород и минералов и принципы спектроскопии. В: Ренц А.Н., редактор. Руководство по дистанционному зондированию Земли, дистанционное зондирование для наук о Земле, т. 3. Нью-Йорк: Уайли; 1999. с. 3–58.

      Google ученый

    8. Баччи М., Пиколло М. Неразрушающее спектроскопическое обнаружение кобальта (II) в картинах и стекле. Stud Conserv. 1996;41:129–35.

      Google ученый

    9. Picollo M, Bacci M, Magrini D, Radicati B, Trumpy G, Tsukada M, Kunzelman D. Современные белые пигменты: их идентификация с помощью неинвазивной ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной оптоволоконной спектроскопии отражения. В: Материалы конференции «Раскрытые современные краски». 2007. с. 118–28.

    10. Делани Дж.К., Уолмсли Э., Берри Б.Х., Флетчер С.Ф. Научная экспертиза искусства — современные методы сохранения и анализа. Вашингтон: Издательство национальных академий; 2005. с. 120–36.

      Google ученый

    11. Баччи М., Магрини Д., Пиколло М., Верват М. Исследование синих цветов, использованных Телемако Синьорини (1835–1901). J Культовое наследие. 2009; 10: 275–80.

      Артикул Google ученый

    12. де ла Рие Скорая помощь. Флуоресценция лакокрасочных слоев (часть III). Stud Conserv. 1982; 27: 102–8.

      Google ученый

    13. де ла Рие Скорая помощь. Флуоресценция лакокрасочных слоев (часть I). Stud Conserv. 1982; 27:1–7.

      Google ученый

    14. Vagnini M, Miliani C, Cartechini L, Rocchi P, Brunetti BG, Sgamellotti A. Спектроскопия FT-NIR для неинвазивной идентификации природных полимеров и смол в станковых картинах. Анальный биоанальный хим. 2009; 395:2107–18.

      Артикул Google ученый

    15. Ricciardi P, Delaney JK, Facini M, Zeibel JG, Picollo M, Lomax S, Loew M. Спектроскопия отражения в ближней инфракрасной области для картирования связующих красок in situ на освещенных рукописях. Angew Chem Int Ed. 2012;51:5607–10.

      Артикул Google ученый

    16. Дули К.А., Ломакс С., Зейбель Дж.Г., Милиани С., Риккарди П., Хенигсвальд А., Лоу М., Делани Дж.К. Картирование связующих красок из яичного желтка и кожи животных на картинах раннего Возрождения с использованием спектроскопии отражения в ближнем инфракрасном диапазоне. Аналитик. 2013; 138:4838–48.

      Артикул Google ученый

    17. «>

      Глинсман Л.Д. Применение рентгенофлуоресцентной спектрометрии для изучения музейных предметов. Амстердамский университет, факультет химии; 1990.

    18. Делани Дж.К., Риккарди П., Глинсман Л.Д., Фачини М., Тури М., Палмер М., де ла Рие Э.Р. Использование визуализирующей спектроскопии, оптоволоконной спектроскопии отражения и рентгеновской флуоресценции для картирования и идентификации пигментов в освещенных рукописях. Минусы шпильки. 2014;59(2): 91–101.

      Артикул Google ученый

    19. Альфельд М., Янссенс К., Дик Дж., де Нолф В., ван дер Сникт Г. Оптимизация мобильных сканирующих макрорентгенофлуоресцентных систем для исследования исторических картин на месте. Джей анал на спектре. 2011; 26:899–909.

      Артикул Google ученый

    20. Boardman JW, Kruse FA, Green RO. Отображение целевых сигнатур посредством частичного разделения данных AVIRIS. В: Realmuto VJ, редактор. Резюме пятого ежегодного семинара JPL по бортовым наукам о Земле, том. 1. Вашингтон: Лаборатория реактивного движения; 1995. с. 23–6.

      Google ученый

    21. Кларк Р.Н., Суэйзи Г.А., Уайз Р., Ливо Э., Хофен Т., Кокали Р. и др. Цифровая спектральная библиотека USGS splib06a. Денвер: Геологическая служба США, Серия цифровых данных 231. http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib06/ds231/index.html. По состоянию на 22 декабря 2012 г.

    22. CNR-IFAC. База данных спектров отражения волоконной оптики изобразительных материалов в диапазоне 270–1700 нм, по состоянию на 22 декабря 2012 г. [http://fors.ifac.cnr.it/].

    23. Моралес К. Номер запроса: 824. Национальная художественная галерея: Внутренний отчет отдела научных исследований; 2008.

      Google ученый

    24. Хенигсвальд А. Незавершенные работы: Скрытые образы Пабло Пикассо. В: Пикассо Ранние годы, 1892–1906. Вашингтон: Национальная художественная галерея; 1997. с. 299–309.

    25. Данн Дж. Р., Берри Б. Х., Делани Дж. К., Глинсман Л. Д. Создание «Мадонны с младенцем» Джотто: новые идеи, FACTURE, vol. 2. Нью-Хейвен: Йельская пресса. 2015. с. 2-17.

    Загрузить ссылки

    Вклад авторов

    JKD, MT, JZ, PR и KD собрали данные спектроскопии отражения и флуоресценции и завершили анализ данных. KM и MT завершили сбор и анализ данных XRF. Рукопись была написана и отредактирована JD, KD и PR. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

    Благодарности

    Авторы благодарят Элизабет Уолмсли, Энн Хенигсвальд и Джоанну Данн (NGA) за технические советы по интерпретации инфракрасных изображений, а также доктора Роя Литтлтона и Тайлера Андерсона (NVESD) за техническую поддержку при сборе данных. Авторы признательны за финансовую поддержку Национального научного фонда (награда 1041827) и J. K.D. выражает благодарность фондам Эндрю У. Меллона и Сэмюэля Х. Кресса за поддержку.

    Конкурирующие интересы

    Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

    Author information

    Author notes

    1. Mathieu Thoury

      Present address: IPANEMA USR3461 CNRS/MCC, chez Synchrotron SOLEIL, BP 48, St Aubin, 91192, Gif Sur Yvette, France

    2. Paola Ricciardi

      Нынешний адрес: Музей Фицуильяма, Трампингтон-стрит, Кембридж, CB2 1RB, Великобритания

    Авторы и филиалы

    1. Национальная художественная галерея, 4-й и Конституционный авеню, северо-запад, Вашингтон, округ Колумбия, 20565, США

      Джон К. Делани, Матье Тури, Паола Рикчарди, Кэтрин М. Моралес и Кэтрин А. Дули

      • 5 Night Vision and Electronic Sensors Directorate, 10221 Burbeck Rd, Fort Belvoir, VA, 22060, USA

        Jason G. Zeibel

    Авторы

    1. John K. Delaney

      Вы также можете искать публикации этого автора

      PubMed Google Академия

    2. Матье Тури

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    3. Jason G. Zeibel

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    4. Paola Ricciardi

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    5. Кэтрин М. Моралес

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    6. Kathryn A. Dooley

      Просмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    Автор, ответственный за корреспонденцию

    Джон К. Делани.

    Права и разрешения

    Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии вы должным образом указываете автора (авторов) и источник, предоставляете ссылку на лицензию Creative Commons и указываете, были ли внесены изменения. Отказ от права Creative Commons на общественное достояние (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) применяется к данным, представленным в этой статье, если не указано иное.

    Перепечатки и разрешения

    Об этой статье

    Инфракрасная рефлектография — Art-Test

    Инфракрасная рефлектография, полученная с помощью нашего сканера IntraVedo, на Пала Нерли, Филиппино Липпи используется в области документирования и диагностики картин.

    Это неинвазивный метод. Эта особенность является основополагающей при анализе произведений искусства, для которых целостность артефакта имеет первостепенное значение.

    Для чего это нужно?

    Инфракрасная рефлектография представляет собой оптический метод, в основном используемый в области документирования и диагностики картин.

    Одним из ключевых результатов, полученных с помощью инфракрасной рефлектографии, является визуализация подрисунков под изобразительным слоем, что необходимо для историко-стилистического изучения картины, т.е. чтобы понять, какие этапы были достигнуты, чтобы достичь нынешнего вида произведения искусства. Фактически, эта техника позволяет исследовать и документировать методы, используемые художником для создания композиции, например, степень знания математических правил перспективы, приемы, используемые для рисования. Части, выполненные от руки, и части, изготовленные вместо этого с использованием транспортных средств, могут быть идентифицированы.

    Кроме того, инфракрасная рефлектография используется реставраторами и искусствоведами перед реставрационными работами и во время них для документирования.

    Перед реставрационным вмешательством рефлектография позволяет оценить состояние сохранности, обнаружив наличие слоев отложений, красок или перекрашиваний. В ходе самого вмешательства можно с пользой повторить рефлектографию, поскольку тогда можно будет углубиться и выявить другие важные детали, которые изначально не были заметны.

    Также качественно возможно выявить скрытый живописный слой, созданный самим художником в процессе создания картины (пентименти) или добавленный в более поздние периоды, в связи с реставрацией. Таким образом, история картины реконструируется с момента ее первоначальной разработки; это также может быть полезно в определенных случаях для аутентификации и атрибуции артефакта или его частей.

    Рефлектография иногда также может быть полезна для качественной идентификации пигментов посредством визуализации в искусственных цветах.

    Все ли рефлектографии одинаковы?

    Нет, это не так.

    Существует несколько устройств и методов, которые можно использовать для получения изображения в инфракрасном диапазоне.

    Однако, в зависимости от того, что используется в качестве инструмента и как он используется, результаты могут сильно различаться.

    Возьмем для примера эту картину. Холст, масло, слой краски не особо толстый.

    (примечание: все изображения были уменьшены, чтобы их можно было быстрее загрузить на веб-сайте. Однако все они были изменены одинаково)

    Возьмем детали, включая светлые и темные тона.

    ИК-фотография не показывает никаких подрисовок.

    ИК-фотография не показывает никаких подрисовок.

    Даже если мы получим рефлектографию с ПЗС-камеры, которая не охлаждается, мы все равно не увидим большую часть рисунка.

    Стандартная, без охлаждения, ПЗС-камера

    Если вместо этого мы использовали охлаждаемую ПЗС-матрицу с фильтрацией около 1000 нм, мы видим, что появляется некоторая недорисовка квадратов, используемых художником для рисования.

    Охлаждаемая ПЗС-камера с фильтром около 1100 нм

    Мы используем инфракрасный сканер IntraVedo, мы можем видеть весь рисунок с высокой детализацией и контрастом. Изображение точное и геометрически правильное, без искажений из-за неравномерного освещения.

    Инфракрасный сканер IntraVedo до 1700 нм, со стандартным разрешением. У нас также есть разрешение 4X. Самый высокий доступный во всем мире.

    Даже если мы используем камеру Vidicon, рисунок виден. Однако изображение не является геометрически правильным, а пространственное разрешение ниже.

    Широкополосная видеокамера Vidicon до 2200 нм

    Таким образом, мы можем увидеть подготовительный чертеж полностью только с помощью соответствующего инструмента. В противном случае мы рискуем сделать неверные выводы: никакого подготовительного рисунка или рисунка от руки вместо рисунка перекрестной ссылки. Более того, если мы не используем исполнительный инструмент, нам придется увидеть плохую видимость в более темных областях, трудности в интерпретации знаков, которые искажены оптикой и т. д.  ..

    Как получить ИК-изображение?

    Окрашенные поверхности представляют собой, вообще говоря, многослойные структуры. Метод заключается в освещении исследуемого изделия источником излучения в ближней инфракрасной области, обычно состоящим из галогенных ламп накаливания, и в регистрации отраженного излучения объекта с помощью системы обнаружения . Для устранения видимого обратно рассеянного излучения фильтр, который устраняет видимую составляющую излучения, обычно помещают перед объективом системы обнаружения. Падающее инфракрасное излучение проходит через изобразительный слой и, возможно, отражается нижележащим подготовительным слоем. Над этим подготовительным наброском часто выполнялся подготовительный рисунок, также известный как подрисовка, с использованием графита или древесного угля, материалов, которые поглощают инфракрасное излучение и поэтому видны на изображении, полученном нашим устройством.

    Таким образом, благодаря рефлектографическим исследованиям мы получаем изображение, которое дает нам новую информацию относительно видимых данных.

    Видимость подрисовки зависит от трех параметров, два из которых относятся к используемому материалу и два к используемому инструментарию:

    1. разница между коэффициентами отражения материалов, используемых для подготовительного слоя, и материалов, используемых для дизайна ( коэффициент контрастности)

    2. прозрачность изобразительного материала для инфракрасного излучения

    3. чувствительность сенсора

    4. разрешающая способность системы обнаружения

    Немного истории

    Инфракрасная рефлектография — это оптический метод, используемый в основном в области документирования и диагностики картин.

    Инфракрасная фотография стала рутинным анализом в 1950-х годах. В основном он использовался на фламандских картинах 15 века, для которых он дает хорошие результаты при чтении рисунка, прежде всего благодаря небольшой толщине живописных слоев. Спектральная чувствительность фотопленки весьма ограничена до 0,9мкм и не сможет достичь рисунка на более толстых красках.

    В 1968 году голландский физик ван Асперен де Бур разработал методологию с использованием камер, чувствительных к инфракрасному излучению (Infrared Vidicon Television Systems, чувствительность до 2,2 мкм).

    С внедрением цифровых систем, таких как камера с датчиком CCD (Charge-Coupled-Device), несмотря на снижение способности пигмента проникать по сравнению с Vidicon максимум до 1,1 мкм, было достигнуто качественное улучшение изображения, благодаря большему пространственному разрешению и большему диапазону тонов (обычно от 8 бит до максимального значения 16 бит на пиксель) в зависимости от используемой системы (например, коммерческая Sony F828 или охлаждаемая научная камера для астрофизики).

    Самым последним разработанным инструментом и более эффективным устройством является ИК-сканер, оснащенный датчиком InGaAs, чья спектральная чувствительность расширяется по сравнению с камерами с датчиками CCD до длины волны 2,2 мкм.

    Спасется ли скряга Босха?

    Иероним Босх, Смерть и скупец , ок. 1485/1490
    панель, масло, Коллекция Сэмюэля Х. Кресса

    Инфракрасная рефлектография (ИРР) является одним из наиболее важных методов исследования, используемых для изучения картин, особенно произведений северного Возрождения, поскольку она способна проникать сквозь первую краску. слоев для обнаружения углеродосодержащих материалов подрисовки и других важных невидимых элементов. Инфракрасное исследование Иеронима Босха Смерть и скряга   раскрывает обширные недорисовки и существенные различия между недорисованной композицией и окончательным нарисованным изображением.

    Получение инфракрасного изображения

    Инфракрасная рефлектограмма «Смерть и скупец » представляет собой мозаику из 210 детальных изображений, полученных с помощью специальной камеры ближнего инфракрасного диапазона, оптимизированной для этого приложения. Камера состоит из интерференционного фильтра, пропускающего свет с длиной волны от 1100 до 1400 нм, макрообъектива ближнего инфракрасного диапазона и криоохлаждаемой матрицы детекторов из антимонида индия (InSb) (640 на 512 пикселей). Полученные изображения были объединены в мозаику и совмещены с цветным изображением с помощью собственного программного обеспечения, разработанного в Университете Джорджа Вашингтона. [1] Пространственная дискретизация картины составляет 260 пикселей на дюйм.

    Верхняя часть картины

    На нижнем рисунке изображен скряга, хватающий демоном мешок, вероятно, с деньгами, а в другой руке он держит богато украшенный металлический сосуд. Ни одно из этих действий не появляется в окончательной картине, и их обнаружение имеет важные последствия для интерпретации предмета. Избавившись от принятия скрягой мешка с деньгами и кубка, Bosch повысил уровень двусмысленности и предвкушения. Достигнет ли скряга спасения, представленного распятием в окне в верхнем левом углу, или он будет проклят за свой грех алчности? На подрисовке также изображен открытый рот скряги, как будто он говорит, и стрела Смерти приближается к нему.

    Чтобы просмотреть подробные сведения об ИК-изображении, щелкните уменьшенное изображение под большим изображением.

    • /content/dam/ngaweb/features/Коллекции/bosch/Bosch-Miser-2frame-590. gif

      Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

      Фрагмент цветного и инфракрасного изображения центральной части панно с изображением скупца, Смерти, демона, искушающего скупца, и ангела.

    • /content/dam/ngaweb/features/Коллекции/bosch/Bosch-Miser-2frame-590-судно-мешок.gif

      Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

      На нижнем рисунке изображен скряга, схвативший мешок и держащий богато украшенный металлический сосуд. Ни одно из этих действий не появляется в финальной картине.

    • /content/dam/ngaweb/features/Коллекции/bosch/Bosch-Miser-2frame-590-face-spear.gif

      Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

      На подрисовке рот скряги открыт и стрела Смерти ближе к нему.

    Фрагмент цветного и инфракрасного изображения центральной части панно с изображением скупца, Смерти, демона, искушающего скупца, и ангела.

    Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

    Нижняя часть картины

    На вершине низкой стены на переднем плане рисунок справа показывает четки, три металлические чаши и фляжку или декоративный сосуд. Этих предметов нет в слое краски, но те же три чашки можно увидеть в сундуке у изножья кровати. Также обратите внимание, что кошелек человека в зеленом больше на нижнем рисунке, и он носит то, что похоже на ножны, возможно, для ножа, которым открывается крышка сундука.

    • /content/dam/ngaweb/features/Collections/bosch/miser-detail/bosch-detailB2-full.gif

      Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

      Деталь цветного и инфракрасного изображения нижней части панели, показывающая фигуру в середине, возможно, скрягу в прежней жизни.

    • /content/dam/ngaweb/features/Collections/bosch/miser-detail/bosch-detail-b2-shelf.gif

      Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

      На нижнем рисунке изображены четки, три чаши и фляжка или сосуд. Этих предметов нет в слое краски, но те же три чашки можно увидеть в сундуке.

    • /content/dam/ngaweb/features/Collections/bosch/miser-detail/bosch-detail-b2-pouch. gif

      Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

      Сумка человека в зеленом больше на нижнем рисунке, и он носит то, что кажется ножнами, возможно, для ножа, которым открывается крышка сундука.

    Деталь цветного и инфракрасного изображения нижней части панели, показывающая фигуру в середине, возможно, скрягу в прошлом.

    Нажмите на миниатюру, чтобы выделить композиционные изменения.

    Основное направление подрисовки, параллельные штрихи, спускающиеся сверху слева к нижнему правому, было принято как указание на то, что художник был левшой. Основываясь на свидетельствах его рисунков, часто утверждают, что Босх был правшой, хотя согласие с этим далеко не всеобщее.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *