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太赫兹成像揭示了现代早期墓葬十字架上隐藏的铭文
发布时间:2022-06-06 21:00:25 阅读:102

来源:佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology);电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 张启宇 编译

佐治亚理工学院教授大卫•西特林(David Citrin)(右)和副教授亚历山大•洛奎特(AlexandreLocquet)站在他们研究中使用的16世纪墓葬十字架的图像前。来源:Georgia Tech-Lorraine

    在一个多学科项目中,佐治亚理工学院和佐治亚理工洛林分校的研究人员使用太赫兹成像和信号处理技术来观察16世纪铅制墓葬十字架的腐蚀表面下方。在电气与计算机工程学院(ECE)教授大卫•西特林(David Citrin)的带领下,这项工作汇集了图像科学家、专门研究考古文物的化学家和艺术历史学家,揭示了一条被时间掩盖的信息:主祷文。

    “我们的方法使我们能够阅读隐藏在腐蚀之下的文本,可能长达数百年,”欧洲经委会副教授、法国梅茨佐治亚理工大学洛林校区联合国际研究实验室佐治亚理工学院CNRS IRL 2958研究员亚历山德•洛奎特(AlexandreLocquet)说。“很明显,考古学家对获取此类信息而又不损坏物体的方法非常感兴趣。”

    这项研究发表在3月2日的《科学报告》杂志上。

    这枚十字架是从一块铅片上切下的,发现于法国雷米尔蒙特一座修道院的墓地中,距离佐治亚理工学院洛林校区只有几个小时的车程。这是一种可以追溯到中世纪的十字架,在法国、德国和英国都有发现。

    “这种十字架上通常刻有祈祷的铭文或死者的信息,”雷米尔蒙特查尔斯德布吕耶雷斯博物馆馆长、该研究的合著者奥雷利安•阿切雷特(Aurélien V acheret)说。“人们认为他们的目的是为了寻求一个人的罪的赦免,帮助他们进入天堂。”

    博物馆将十字架借给了西特林的实验室,希望该团队能够利用成像技术使隐形的物体可见。西特林和他的团队专门从事无损评估,并开发出能够在不改变或破坏其原始形状的情况下详细检查物体隐藏层的技术。尽管他们的工作通常有工业应用,例如检测飞机机身的损坏,但该小组还是抓住了检查十字架的机会,这是进一步探索其技术在考古方面的应用的机会。

    在腐蚀的面纱下窥视

    研究小组使用商用太赫兹扫描仪,每隔500微米(大约每半毫米)对物体进行一次十字扫描。首先,扫描器发出太赫兹电磁辐射的短脉冲——一种以微小波长在十字交叉的每一部分传播的光。一些波从腐蚀层反弹回来,而另一些波则穿透腐蚀,从铅十字的实际表面反射回来。这产生了相同原始脉冲的两个不同回波。

    接下来,该团队使用一种算法将两个回波之间的时间延迟处理为具有两个峰值的信号。该数据显示了每个扫描点的腐蚀厚度。然后收集从底层金属反射的光束测量值,形成腐蚀下方铅表面的图像。

    跨学科见解

    虽然在扫描过程中收集了重要数据,但原始图像太过嘈杂和混乱,当时的铭文仍然难以辨认。但当时在Citrin实验室攻读博士学位的董俊良(JunliangDong)有洞察力,能够以一种特殊的方式处理图像以消除噪音。通过对不同频率采集的部分图像进行减法和拼接,董能够恢复和增强图像。剩下的是一个令人惊讶的可读图像,其中包含文本。

(a)腐蚀去除前的原始十字架,(b)处理后的最终太赫兹图像和(c)腐蚀去除后的十字架上的铭文比较。来源:佐治亚理工学院洛林分校

    利用处理后的图像,Vacheret能够识别多个拉丁单词和短语。他断定他们都是祈祷者的一部分,通常被称为我们的父祷文或主祷文。

    该小组还与一位环保主义者合作,用化学方法逆转十字架上的腐蚀,确认了帕特•诺斯特的铭文。将他们的图像与干净的十字架进行比较,研究小组发现他们的图像显示了原始十字架上看不到的部分铭文。通过发现先前未记录的铭文的其他方面,他们的工作能够提供对十字架的更深入理解,并进一步深入了解法国洛林16世纪的基督教。

    “在这种情况下,我们可以在事后检查我们的工作,但并不是所有的铅物体都可以这样处理,”西特林说,“有些物体很大,有些必须留在原处,有些太脆弱了。我们希望我们的工作能够开启对其他铅物体的研究,这些铅物体可能也会产生隐藏在腐蚀之下的秘密。”

    西特林的团队还利用太赫兹成像技术来观察17世纪绘画的表面之下,阐明绘画层结构,并深入了解大师的绘画技巧。他们目前正在研究古罗马陶瓷的表面涂层。

    这个跨项目表明,成功不仅需要准确的测量,还需要来自不同领域的研究人员之间仔细的数据处理和协作。该团队的方法为太赫兹成像分析开辟了新的视角,并可能对数字采集和文档以及字符识别、提取和分类领域产生巨大的推动作用。

    洛奎特说:“尽管经过三十年的大力发展,太赫兹成像仍然是一个快速发展的领域。当其他人专注于开发硬件时,我们的工作集中于充分利用测量的数据。”

 
 

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