让纺织品文物得到充分保护
借助图像处理研究哪些气候因素会伤害纺织品的新方法
预防性保护在保护艺术和文化遗产领域发挥着重要作用。为了尽可能长时间保持文物的状态，必须减缓老化进程并评估改变材料的因素。要做到这一点，就必须全面了解文物。要找到可以了解材料特性的文化遗产领域科学和工程方法，研究者需要跨学科合作。纺织品是最脆弱的艺术和文化遗产。在生产和处理以及展示和储存过程中，它们经常接触可能产生破坏的因素。法国初创公司S-MA-C-H在一个研究项目中研究了“贝叶挂毯”，这是一件精致非凡的文物。这家公司在IDS相机的帮助下开发了一个系统，为在保存和展示这件文物的同时加强保护提供了宝贵的见解。保护者的专业知识与最先进的技术相结合，有助于在早期判断出潜在的破坏因素，尽可能减少或者完全消除它们的影响。
这一系统是为研究贝叶挂毯的力学特性而设计的，由诺曼底地区文化事务办公室委托和资助。“我们通过充分监测挂毯上的应力和应变，让我们在工程力学方面的专业知识发挥作用。在监测之余，我们还帮助制定了保护方案。这就需要对室内气候的风险程度及其对挂毯的影响进行分类和评估，”S-MA-C-H联合创始人兼董事总经理Cécilia Gauvin表示。一个由纺织品和预防性保护人员以及遗产保护科学家组成的多学科团队阐述了这件艺术品对一定程度环境波动的反应。“这一项目解决了两个主要问题：在倾斜支架上进行展示的最佳参数是什么？挂毯对小气候的反应如何？"
为了能够回答这些问题，团队使用温度和湿度传感器以及用于记录重力压力的力传感器对挂毯进行监测。系统的核心则是一个非接触式2D全场数字图像相关（DIC）设备，它由一台IDS相机和专门开发的数字图像相关软件组成。
“数字图像相关是一种图像处理技术，可用于分析物体的运动和变形。为此，我们拍摄研究对象表面的高分辨率图像，然后在软件算法的帮助下进行评估，以检测研究对象形状、位置或大小的变化。”IDS产品营销经理Patrick Schick表示。在为系统寻找合适的相机型号时，接口、传感器和性价比等参数起着决定性影响。“为进行挂毯分析，需要低噪声的极高分辨率图像来捕捉微小细节。USB 3 uEye CP 相机满足了这些要求。这款相机配备索尼STARVIS系列IMX183滚动快门CMOS传感器，它对光线非常敏感。传感器采用BSI技术（“背面照明”），即使光线非常微弱，也能确保出色的图像质量。“因此，这款相机非常适合开展要求苛刻的图像评估，我们这项监测工作也是如此，出于保护原因必须在弱光下进行。Patrick Schick补充道：“USB3 Vision相机可以长时间进行非常低频率的高分辨率图像拍摄工作。对这项研究项目来说，监测工作持续了一个月，每小时只拍摄一次。
IDS peak API的Python接口使研究人员能够快速轻松地开发软件来调整相机参数和捕捉图像。
然后研究人员用DEFTAC3D对图像进行处理，DEFTAC3D是French Pprime Institute专门为数字图像相关工作开发的软件。参照数千个分辨率极高的2D或3D坐标，系统生成了研究对象表面的全表面测量数据。研究人员将图像点在检查周期内的位移理解为由于物体上的机械载荷或应力引起的形变。基于这些结果，研究人员生成了全场应力图和形变图。全场应力图显示了材料在整个表面上的应力。因此，它们显示了挂毯是否出现了整体变形，变形情况如何。另一方面，变形地图提供了材质局部变形的信息。这使S-MA-CH工作人员能够了解挂毯在特定点是否变形以及如何变形的信息。
通过综合研究全场应力图与环境变化数据，可以了解贝叶挂毯的湿度力学特性。湿度力学特性是指水分和纺织品的力学性质之间的相互作用。这可能受到许多因素的影响，比如使用哪种纱线编织织物，以及通过哪种编织或刺绣技术制作挂毯，这增加了研究的复杂性。
为了将科学数据纳入决策过程，研究人员对复制品和挂毯本身进行了测试。在复制品上，研究者综合分析全场应力图与力传感器测量的应力结果以及气候测量（温度和湿度）数据。通过这些结果，研究者可以得出最适合工艺品保存的气候调节方式。
研究者实时记录传感器和相机系统收集的数据，以分析长期趋势。根据系统提供的信息，贝叶博物馆可以确保气候条件处于最佳范围，从而避免对敏感艺术品或历史展品（如贝叶挂毯）造成损坏。
应用前景
保护和保存文化遗产的市场正在慢慢向结构诊断程序开放。Cécilia Gauvin表示：“我们的目标是通过即插即用系统为保护者开发合适的系统。”不仅如此，这家法国初创公司还希望在未来使用视觉系统来监测博物馆画廊和历史纪念碑中绘画的结构损坏情况。这种跨学科的方法可以全面评估展品的状况，从而使相关机构采取适当的保护措施。“我们将工程力学知识与工业图像处理相结合，开创了新方法，扩大了行动范围，并带来了创新的解决方案。”
这些跨学科的研究成果可以让人们详细了解文物处理、储存或展示的保护条件，从而防止进一步破坏文物。这样我们就能以最好的方式保存纺织艺术的历史文物和现代作品，为将来留下宝贵遗产。图像处理组件在这一项目中做出了宝贵贡献。
贝叶挂毯是一件11世纪下半叶在一条宽约52厘米的布上创作的刺绣作品。它的主题是“征服英格兰”，其中包含58个场景，长度超过68米，采用了图像和文字描绘的表现形式，展现了大量详细的人物描绘、精湛的肖像学构思和卓越工艺质量，被誉为中世纪鼎盛时期最引人注目的绘画纪念碑之一。尽管名为挂毯，但是贝叶挂毯实际上并不是挂毯，而是一件叙事刺绣作品。它包含大量图像和文字，由九块连在一起的亚麻布片组成。
挂毯数据
- 68米长
- 52厘米宽
- 9块亚麻织物
- 4条接缝
- 10种颜色的羊毛纱线
- 58个单独场景
- 623个人
- 202匹马
- 55只狗
- 505只其他动物
- 27栋建筑
- 41艘船只
- 49棵树
GigE uEye CP - 速度极快且非常可靠的杰出传感器：uEye CP
- 接口：USB 3 Vision
- 型号：U3-3800CP-C-HQ
- 传感器类型：CMOS
- 生产商：Sony
- 帧率：19.5 fps
- 分辨率（水平x垂直）:5536 x 3692
- 快门：全局快门
- 分辨率：20.44万像素
- 尺寸：29 x 29 x 29 毫米
- 重量：49克
- 连接器：USB 3.0 Micro-B型，旋入式
- 应用：工业图像处理、表面检测、计量、医疗技术、生物技术和生命科学质量保证等。
客户
S-MA-C-H是一家总部位于法国的创新初创公司，它的使命是将工程力学引入遗产保护研究。实验方法是艺术和技术之间的桥梁。通过研究复杂和老化材料的力学特性（包括应力和损伤），可以控制艺术品的变形和损伤情况，并使用创新和非侵入性的光学和机械技术在不同水平上进行测试。为此，这家初创公司为具体的保护问题提供了简单易行的解决方案。www.s-ma-c-h.com
博物馆
“贝叶市政府和贝叶博物馆团队让我们有机会研究挂毯，并帮助我们完成物流工作。”（Cécilia Gauvin，来自S-MA-CH）
诺曼底地区文化事务办公室委托开展这项研究并提供财务支持。
