揭示大师画作中尘封的秘密
IDS uEye SE相机助力绘画作品分析
列奥纳多·达·芬奇名作《岩间圣母》刻画了圣母玛丽亚、圣婴耶稣、圣约翰和天使乌列齐聚在岩洞的场景。《岩间圣母》是达芬奇为米兰圣弗朗切斯科教堂创作的精致、部分雕刻的一组三幅式祭坛画其中的一幅。其中一个版本的《岩间圣母》陈列于位于伦敦的英国国家美术馆。在采用最新检测方式（包括图像处理技术）进行精细修复后，这幅画再次绽放耀眼光彩。柏林Bruker Nano GmbH公司的空间分辨微区X射线荧光光谱仪M6 JETSTREAM在此次修复中发挥了决定性的作用。M6 JETSTREAM可测定最小的颜料颗粒，并深入研究颜料层深度。其中，IDS Imaging Development Systems GmbH的两台USB相机提供样本表面所需光学信息，并确保光谱仪在测量区的精准定位。
應用
即使是最伟大的巨作也抵不过岁月侵蚀，颜色变化（如泛黄）或细微受损会使画作丧失原本精妙的色彩，因此必须不时对其进行修复， 而修复一幅如《岩间圣母》这样的巨作需要极其小心谨慎。修复者必须掌握绘画技巧和画中所使用颜料的化学成分，才能避免破坏原画作的独特性。在对《岩间圣母》保守修复的可行性和风险进行了长达数年的研究后，专家团队最终决定对其实施清洁与修复工程。此次修复主要是出于美学目的，事实上，这幅画作的油和乳香光油（于1949年应用）遭受到强降解，因而越来越暗沉和不易“辨认”。
分析检测不仅在修复开始前，也会在修复清洁期间进行，以收集有关表层、层次结构和使用材料情况的有用信息。 元素成分检测同时提供了颜料真实性相关信息。
例如，大艺术家可能在“公开市场”购买一些颜料，但是与典型的颜料弄混。这样，我们可以通过使用的颜料判断画作的真伪。再比如，画家并不出名或画作由多名当代艺术家合作而成，则我们可以通过笔触手法和颜料选择判断出画作各个部分的作者。 人们据此推测第二版本的《岩间圣母》可能先由列奥纳多·达·芬奇所画，然后由其助手Ambrogio de Predis接手完成。通过分析，列奥纳多·达·芬奇绘画实践知识可得以扩充和记录。
借助IDS的图像处理技术，实现无损图像分析
一流的图像处理技术为修复工作提供了支持。 此次达芬奇名作修复工作采用了Bruker Nano GmbH的光谱仪M6 JETSTREAM，其配备IDS相机，以无创无损技术测定颜料成分。
M6 JETSTREAM对大面积区域单点（≤100微米）进行X射线荧光测量。这款X射线荧光光谱仪(micro-XRF)可精密检测样本元素成分，即准确记录颜料所含元素（重金属、血液色素和碳等）。系统可在探头移动的同时即时记录测量点信息。这一功能实现了快速表面分析（即映射分析）。
Bruker Nano GmbH艺术与保护部市场区域经理Michele Gironda解释道：“X射线荧光光谱仪M6 JETSTREAM为我们提供大量的基本信息，帮助我们确定颜料及其在绘画层次结构中的具体位置。例如：这台光谱仪可揭示这幅画之后所做的更改和添加，如有必要，还可显示不同艺术家所用颜料和层次结构的差异。
通过聚焦X射线束对这幅画进行逐点、逐行扫描。每一区域中的颜料元素各自发射出特有的X荧光射线，并记录于光谱仪的检测器中。这样，整幅画的化学信息通过一系列对比图像进行收集。例如：如果在画中白色部分检测到铜元素(Cu)，则表明白色颜料中含蓝铜矿（基于铜的蓝色）。根据检测到的元素，大部分颜料可通过该技术完成鉴定。此外，这一分析还可提供物体的历史信息并揭示其蕴藏的秘密。隐藏在画作表面下的秘密一次又一次地被人们发现，遗失的艺术作品时常惊喜地出现在公众视野下——可能由于作者不喜其所创或纯粹需要画布。
具体研究结果
我们从《岩间圣母》X射线荧光分析中得出的最重要的新信息便是在第一张构图中发现含锌底稿。我们已事先知晓底稿的存在，但是在X射线荧光分析下，尤其结合了高光谱成像技术，底稿才得以清晰可见。人们可以看到这些特别有趣的变化，如玛丽亚长袍布料（以蓝铜矿底层绘制）和圣婴耶稣脸颊位置的变化。原本四分之三的人物构图变成人们现在看到的终稿（见Pb-Lα图）。
使用的相机
Bruker Nano GmbH在其M4 TORNADO/TORNADOPLUS和X射线荧光光谱仪M6 JETSTREAM中应用了IDS相机。M4 TORNADO光谱仪在使用micro-XRF进行表面分析的领域中遥遥领先，提供20 µm光斑，能够分析元素周期表自碳（可选）至铀中的所有元素。这款光谱仪还可用于矿石样本检测或层厚度分析等其他场合。M6 JETSTREAM移动式光谱仪测量范围为800 mm x 600 mm，提供多种安装选项，是检测较大幅艺术作品的理想之选。
两台USB 2 uEye SE工业相机分辨率均为1024 x 768像素，用于在Bruker软件中显示样本表面。在X射线荧光测量前，利用相机捕获样本表面图像，以便随后与元素成分和光学信息结合。然后，根据相机图像和元素分布信息生成重叠的图像。Michele Gironda解释道：“视频图像可叠加在元素分布图像上，以便从光学上显示出其中的关联。IDS USB 2 uEye SE相机的速度、尺寸与接口与我们的系统完美匹配。”
相机还以实时图像模式运行，以接近样本中所需测量点或区域，并通过相机图像对焦调整工作距离。 M6 JETSTREAM光谱仪探头内含微聚焦X射线管和毛细管光学系统，可逐步调整光斑大小，测量速度高达100 mm/s。使用硅漂移探测器(SDD)测量荧光光谱。
紧凑、小巧和强大是IDS uEye SE系列相机的主要特点。与此同时，这款多功能相机还提供一系列外壳、版级型号和传感器类型供用户选择。凭借IDS软件套件的即插即用，系统集成可轻松、快速完成。IDS相机适用于工业和非工业领域的各种应用场合。除Bruker Nano GmbH使用的USB 2.0版本、支持USB 3.1 Gen 1或GigE接口的相机外，IDS还提供支持GigE Vision®接口相机。
展望
凭借Bruker Nano GmbH的微区X射线荧光光谱仪M6 JETSTREAM，《岩间圣母》在清洁和去除已损清漆后，重现其强大、美好且神奇的艺术魅力，这些作品在艺术界中独一无二。图像处理技术为绘画和其他艺术作品分析创造了全新的应用可能性。因此，Bruker预测micro-XRF市场将继续蓬勃发展，而这将对图像的分辨率的和元素分布提出更高的要求。无论是在博物馆还是在实验室，艺术史学家、修复者和研究者都能借助这一应用，在颜料成分、绘画技巧、真实性或历史背景等方面发现经典巨作意想不到的秘密。
客户
Bruker Nano GmbH隶属于Bruker集团，Bruker集团聚焦生命和材料科学以及工业流程控制领域，是全球领先的分析仪器和解决方案供应商。
Bruker Nano GmbH研发、生产和销售X射线分析系统和元件，适用于微纳级别的元素和结构分析，尤其是用于电子显微镜的能量色散X射线光谱仪和用于空间分辨和微量元素分析的移动式X射线荧光光谱仪。
