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基于石墨烯的太赫兹3D扫描仪解开古画背后的秘密

2018.6.13

来自欧洲5个国家的研究人员组成的团队正在开发一种最先进的3D扫描系统,据信这种3D扫描系统能够帮助研究人员解开艺术史上诸多谜团。

 

  这款3D扫描仪,是由欧盟资助的Insidde项目创建的,能够揭示艺术作品中肉眼看不见的信息,包括艺术家使用的什么画笔、什么材料,或者有无被密封/隐藏的内容或3D对象等。而Insidde也是”成像、检测,并数字化艺术品中的隐藏元素,的技术集成解决方案(Integrationoftechnologicalsolutionsforimaging,detection,anddigitisationofhiddenelementsinartworks)”的简称。

 

  这款3D扫描仪所能揭示的信息对于艺术史学家非常宝贵,可以说为他们打开了一个全新的研究领域,使他们获得很多正在被时间的流逝所摧毁的无价的线索。“扫描仪可以显示一幅画是怎么做出来的......以及画家工作的细节,这些细节对于保护者在进行画作修复时非常有帮助。”代尔夫特理工大学的LaurensvanderMaaten称。

 

  由于太赫兹(terahertz)技术,研究人员最近在戈雅(Goya)著名的霍韦亚诺斯(Jovellanos)肖像底层发现了一个女人的肖像。来源:Insidde,通过阿斯图里亚斯美术博物馆

 

  最重要的是,该技术是非侵入、非破坏式的,这样研究人员和艺术品保护者可以不用冒着污染或损坏对象本身的风险来获得更多关于艺术品的信息。正如阿斯图里亚斯美术博物馆的MartaFlórez指出,“通过这种原型技术,我们已经能够清楚的区分一定的色素,在某些情况下会避免为了找出艺术家使用的材料对画作进行穿刺。”这对于博物馆工作人员来说是非常有价值的。

 

  除了在百年画作平坦的表面进行扫描,通过将结构光扫描仪与这种太赫兹扫描仪进行结合,研究人员能够将这种技术用于密封的3D对象,比如下图的来自3世纪的保加利亚罐子。

 

  (a)来自3世纪的陶瓷。(b)用结构光扫描仪进行3D采集。(c)使用未经处理的原始数据建立的3D模型。

 

  这款太赫兹3D扫描仪是被固定在一个1.50×1.50米见方,被称为“XYZ桌面(XYZtable)”的基座上,高有1.20米。扫描仪上有多个磁头,其中集成了石墨烯发射器和接收器,并且可以在这个2平米左右的工作区域上进行三维移动。

 

  事实上,也有一些类似的非侵入性扫描技术,如X-射线和红外线反射成像(reflectography),已经被用于类似的目的,而太赫兹3D扫描的优点在于它独特的频率范围。该项目的研究人员解释说,太赫兹技术的穿透深度比X射线低,但比红外线高。因此,它可以提供补充的附加信息,而不是取代现有的方法。

 

  “我们预计,从初步的结果看这也是很有可能的,能够使用该技术区分不同厚度的材料,从而可以实现独立地对每一层进行分析,这样我们就能了解,艺术家最初的草图是什么样的,他们是如何修改的,以及用笔的顺序是怎么样的。”研究人员称。

 

  石墨烯的使用是这种新技术的另一个重要部分。石墨烯被称为“未来的材料,”是由单层碳原子构成的,所以它只有一个原子厚。当遇到电磁波时,它会做出非线性方式的反应,“它的作用就像是一种倍频器,”研究人员解释说。“如果我们用一种特定频率的波去撞击石墨烯,石墨烯就会发出另一个更高频率的电磁波。”

 

  Insidde项目是由专注于ICT解决方案的研发密集型公司Treelogic领导的,其目标不仅是帮助研究人员和艺术展览人员,还希望能将这一技术向公众开放。

 

  他们将会把用该技术扫描的艺术品数据制成信息丰富的3D模型,并将其放到共享的在线平台Europeana上,并基于此开发可以在公共博物馆和艺术画廊中石油的发增强现实智能手机应用程序。“我们认为Insidde有助于激发参观博物馆的游客的热情。”研究人员称。

 

  展示欧洲参观者如何利用增强现实应用程序。

 

  Insidde项目团队由西班牙的Treelogic领导,此外来自西班牙、荷兰、意大利、比利时和保加利亚的七家机构也参与其中,包括代尔夫特理工大学、4DDynamics、阿斯图里亚斯美术博物馆等。


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