STOČ Studentská tvůrčí a odborná činnost 25. dubna 2013, FAI UTB ve Zlíně. Klíčová slova: Terahertz, olejomalba, index lomu

Studentská tvůrčí a odborná činnost

STOČ 2013

Využití Terahertz frekvencí pro analýzu uměleckých děl

Radka Matušová

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, Nad Stráněmi 4511, 760 05 Zlín, Česká republika

25. dubna 2013 FAI UTB ve Zlíně

STOČ 2013 - Studentská tvůrčí a odborná činnost 25. dubna 2013, FAI UTB ve Zlíně

Klíčová slova: Terahertz, olejomalba, index lomu Anotace: Účelem této práce bylo využití terahertzových frekvencí pro analýzu uměleckých děl, olejomaleb. Nejprve jsem tedy začala porovnávat a zkoumat indexy lomů slunečnicového, olivového oleje a jejich poměrů na přístroji využívajícím záření v terahertzové oblasti elektromagnetického spektra. Cílem bylo zjistit, zda je možné rozlišovat různé typy olejů za účelem sledování olejomaleb. Později jsem začala zkoumat konkrétní řez obrazu, který ovšem bude chtít ještě další výzkum.

Obsah 1. Úvod a zadání práce .................................................................................... 3 2. Analýza olejomaleb ..................................................................................... 3 3. Terahertzová oblast spektra ......................................................................... 5 4. Měření olejů ................................................................................................ 6 5. Závěr............................................................................................................ 9 Literatura ............................................................................................................... 9 Seznam obrázků..................................................................................................... 9

2


1.

Úvod a zadání práce

Předem bych chtěla ráda poděkovat panu doc. RNDr. Vojtěchu Křesálkovi, CSc. za odborné vedení a Ing. Tomášovi Gavendovi za uvedení do problematiky a celkovou pomoc během práce. Účelem této práce bylo analyzovat umělecká díla. Ke svému analyzování jsem měla k dispozici část obrazu, olejomalby, od akademického sochaře Bořka Zemana, který působí i na Fakultě multimediálních komunikací ve Zlíně. Naskenovala jsem strukturu obrázku v THz spektru, a tím byla získána struktura povrchu a zároveň i jeho řez. Abych ale podrobněji prozkoumala jeho řez a strukturu, bylo nutné zjistit indexy lomu olejů, které se v olejomalbách objevují, a proto jsem začala měřit indexy lomů slunečnicového, olivového oleje a jejich poměrů. Po dosazení do rovnic jsem zjistila index lomu pro každý samostatný olej. Tato práce slouží je aplikovatelná v rámci bezpečnostního průmyslu, potravinářského průmyslu, a ve výtvarnictví. Přináší předběžné výsledky, kterých jsem během tohoto akademického roku jako pomocná vědecká síla dosáhla. 2.

Analýza olejomaleb

Olejomalby se začaly rozšiřovat již ve 14. století a mnoho známých umělců jako je Leonadro da Vinci, Rembrandt, Vermer tuto techniku používalo k vytvoření svým známých děl. Rozhodla jsem se proto prozkoumat část obrazu, ve kterém bych v budoucnu mohla zjistit výskyt jednoho či více naměřených olejů Jako vzorek jsem použila kus obrazu od akademického sochaře Bořka Zemana, který jsem změřila na přístroji od TeraView Spectra 3000 a zjistila jsem jeho strukturu a řez. Olejové barvy se skládají z pigmentů a olejové matrice. Pro analýzu pravosti starých obrazů je nutné provést analýzu pigmentu a olejů. Forenzní analýza pravosti obrazů vyžaduje zjištění podmaleb. Na obrázku vidíte část obrazu od akademického sochaře Bořka Zemana, který působí na fakultě multimediálních komunikací a tuto část obrazu, olejomalby, nám poskytnul k jeho analýze. Nejprve jsem naskenovala strukturu obrázku v THz spektru o frekvencích 0,1 až 3,5 THz. Červená a modrá místa znamenají plasticitu, strukturu horní vrstvy obrázku. Pomocí THz spektrometru lze v každém bodě tohoto obrázku určit frekvenční spektra signálu a získat tak informace o přítomných látkách. (Obr. 2) Poté jsem naskenovala řez obrázku od akademického sochaře Bořka Zemana, na kterém se zobrazily jednotlivé vrstvy plátna až do hloubky. Na tomto příčném řezu obrázku se zobrazily různé vrstvy, přičemž nejsilnější vrstva je modrá, na kterou jem byla zaostřena. (Obr. 3)

3


Obr. 1 Část obrazu od Bořka Zemana

Obr. 2 Struktura vzorku obrazu

Obr. 3 Řez vzorkem obrazu

4


3.

Terahertzová oblast spektra

Terahertzové (THz) záření je elektromagnetické záření ležící na frekvenční ose mezi mikrovlnným a infračerveným zářením. [1] Jedná se o záření, které nelze lidským okem zachytit. Jsme ho schopni cítit jako teplo, jelikož sdílí část spektra se vzdáleným infračerveným zářením. I přesto, že se THz záření přirozeně vyskytuje běžně kolem nás, zůstala tato část spektra elektromagnetického záření nejméně prozkoumanou oblastí kvůli technickým nedostatkům ve vytvoření účinných a kompaktních THz zdrojů a detektorů. Předpona „tera“ patří do předpon soustavy SI a je označována 1012. Do dnešní doby nebyl vytvořen žádný standard, který určuje rozmezí THz frekvencí, ale nejbežnější definicí je spektrální rozsah mezi 0,1 až 30 THz. [1]

Obr. 4 Spektrum elektromagnetického záření [2] Měření vzorků jsem prováděla na zařízení od TeraView, TPS spectra 3000, které je prvním světovým komečním terahertzovým spektrometrem schopným vykonávat měření pomocí absolutního odrazu i průchodu záření. Patří mezi THz zařízení pulzního zobrazování a spektroskopie.

5


Obr. 5 TeraView TPS Spectra 3000 [3]

4.

Měření olejů

Rozhodla jsem se, že budu při měření pracovat s olivovým, slunečnicovým a řepkovým olejem. Tyto jednotlivé oleje jsem nakapala do měřící cely. Nejprve jsem naměřila jednotlivé oleje samostatně, a poté jsem zkoušela měřit jednotlivé oleje v různých poměrech. Naměřila jsem olivový olej se slunečnicovým olejem v poměru 1:1. Dále jsem se pokoušela sloučit olivový olej se slunečnicovým v poměru 1:3 a 3:1, 1,5 :1 a 1:1,5, ale tento pokus byl při měření neúspěšný a je potřeba podstoupit ještě několik dalších měření. Jak jsem již zmínila, jednotlivé oleje jsem nakapala do cely, jejíž rozměry jsem změřila pomocí mikrometru. K tomu, abych mohla vypočítat optickou délku olejů a cely, bylo potřeba změřit tloušťku všech částí cely. Pro změření tloušťky mezery d2 bylo nutné změřit tloušťku celé cely dpc a poté její jednotlivé části d1 (Obr. 6). Ke každé tloušťce cely jsem naměřila celkem deset hodnot, které jsem zprůměrovala. Naměřené hodnoty pro celu jsou dpc= 5,7915 µm a d1= 1,8915 µm. Rovnice pro určení tloušťky d2:

d 2 = d pc − 2d1 d 2 = 5,7915 µm − 2 ⋅ 1,8915 µm d 2 = 2,0085 µm (1)

6


Obr. 6 Bokorys cely

Optická délka prázdné cely je určena vztahem

,

n pc d pc = n1d1 + d 2 + n1d1 (2) Kde npc je index lomu prázdné cely, dpc je tloušťka cely.

Optická délka cely s olejem nocdoc je určená vztahem (3), kde index lomu oleje je noc a tloušťka cely s olejem doc. Abych získala hodnotu samotného oleje n2, potřebovala jsem odvodit nejprve optickou délku jedné stěny cely, do které jsem dosadila již naměřené hodnoty npc a dpc.(4) Poté jsem z rovnice (3) mohla odvodit optickou délku n2d2 (5), ze které jsem již snadno odvodila index lomu samotného oleje n2 (6). Tento postup jsem provedla u všech měřených olejů. Index lomu přístroje a naměřená data n2 pro olivový, slunečnicový a pro poměr 1:1 u olivového a slunečnicového oleje jsem vložila do grafu, který zobrazil právě všechny indexy lomů těchto olejů. (Obr. 7) V budoucnu při analýze olejomaleb zjistím pomocí indexů lomů těchto naměřených olejů jejich pravost či nepravost.

noc d oc = n1d1 + n2 d 2 + n1d1 (3)

n1d1 =

n pc d pc − d 2 2 (4)

7


n2 d 2 = noc d oc − 2n1d1 (5)

n2 =

noc d oc − n pc d pc + d 2 d2 (6)

Obr. 7 Graf indexů lomu olejů

8


5.

Závěr

Výsledkem je graf zobrazující závislost indexu lomu olejů na frekvenci, při čemž je patrné, že index lomu olejů s frekvencí klesá. (Obr. 7) Z grafu tedy vyplývá index lomu pro každý olej, a tím lze jednotlivé oleje odlišit. Cílem této práce je analyzovat umělecká díla s využitím terahertzových frekvencí. V budoucnu při analýze olejomaleb zjistím pomocí indexů lomů těchto naměřených olejů jejich pravost či nepravost. Tyto výsledky lze použít nejen při analýze umělecký děl, ale také v potravinářském průmyslu, při pančování olejů. Je nutné další zkoumání, kdy po složité analýze budu schopna zjistit složení vrstev obrazu a pomocí naměřených olejů, které jsou podobné olejům, které používali akademičtí malíři, už bych byla schopna říct, který olej byl při analýze obrazu použit. Mým cílem je se touto prací dále zabývat, analyzovat struktury a řezy obrazů pomocí těchto naměřených olejů, a zjistit více o této neprozkoumané oblasti.

Literatura [1] Využití terahertzových frekvencí v bezpečnostních aplikacích. UTB Zlín, 2011. Diplomová práce. UTB Zlín.

[2] ROSTAMI, Ali, Hassan RASOOLI a Hamed BAGHBAN. Terahertz Technology: Fundamentals and applications. Berlin: Springer, 2010. ISBN 978-3-642-15792-9. [3] TeraView [online]. © 2013 [cit. 2013-04-15]. http://www.teraview.com/products/terahertz-pulsed-spectra-3000/index.html

Dostupné

z:

Seznam obrázků Obr. 1 Část obrazu od Bořka Zemana ............................................................................ 4 Obr. 2 Struktura vzorku obrazu ...................................................................................... 4 Obr. 3 Řez vzorkem obrazu ............................................................................................ 4 Obr. 4 Spektrum elektromagnetického záření [2] .......................................................... 5 Obr. 5 TeraView TPS Spectra 3000 [3] ......................................................................... 6 Obr. 6 Bokorys cely........................................................................................................ 7 Obr. 7 Graf indexů lomu olejů ....................................................................................... 8

9

STOČ Studentská tvůrčí a odborná činnost 25. dubna 2013, FAI UTB ve Zlíně. Klíčová slova: Terahertz, olejomalba, index lomu

Recommend Documents