紫外線蛍光画像を応用したマルチスペクトル紫外線疑似カラー画像の提案
文化財保存修復学会第31回大会
⚪︎濱谷聖
はじめに
保存修復分野で、紫外線・赤外線疑似カラー画像を適用した絵画作品の状態調査は、 過去に研究がなされ、多くの有効な報告例 *1 が発表されている。しかしながら、絵画作品の 状態調査で、一般に広く普及している紫外線蛍光画像を、疑似カラー画像の再構成要素 と し て 導 入 す る 技 術 的 な 可 能 性 に つ い て は、体 系 的 な 報 告 が お こ な わ れ て い な い。 本研究では、画像合成を目的として撮影された可視光画像、反射紫外線画像、紫外線蛍光画像を 組み合わせることで、マルチスペクトルの疑似カラー画像の作成を試みた。これにより、従来の紫外線・ 赤外線疑似カラー画像とは異なる、適用素材の反応情報を収集できることが確認できた。 可視光では確認できない、絵画作品を構成する素材の分布状況を明らかにすることで、構造解釈と保存 状態の調査に有効な可能性をもつ、新しい疑似カラー画像の構成技術と結果について報告する。
経緯
疑似カラー画像の構成要素となる画像準備のため、可視光撮影、紫外線蛍光撮影、反射紫外線撮影を、 銀塩モノクロフィルムでおこなった(写真1a, b, c)。紫外線蛍光撮影の励起光と、反射紫外線撮影光源 として UV 蛍光灯(TOSHIBA FL20S BLB)を使用し、可視光撮影光源として太陽光に近い波長分布を 持つ VITA-LITE® を使用した。照射波長帯の異なる撮影光源を蛍光灯光源に統一することで、光源と照 射方法の違いに起因する合成時の画像の不一致と破綻を回避することが可能となった(表1)。 3種類の撮影フィルムから、添付グレーチャートの濃度が同一のネガを選択し、スキャンをおこない 同一の解像度をもつデジタル画像データに変換した。次に、画像編集ソフトで RGB 画像を構成する各チャ ンネルに、3種の撮影画像データを再配置して疑似カラー画像化した(写真2)。これらの手順は、一般 的な赤外線/紫外線疑似カラー画像作成方法 *2 *3 *4に基づいている。RGB チャンネルへの画像要素 配置の組み合わせパターンは全6通りとなるが、作品調査時の識別に最も有効なチャンネル再配置の選 択は、撮影対象である作品に適用された構成素材の分布状況と技法により左右される(表2)。
参考図版
写真 1.a,b,c 疑似カラー画像の構成要素となる各種モノクロ画像
写真1.a 可視光撮影画像
写真1.b 紫外線蛍光撮影画像
写真1.c 反射紫外線撮影画像
表 1. 撮影環境データ一覧
| 撮影種類 | 撮影光源 | 適用フィルター |
| 可視光線 | VITE-LITE® 18Wx4 (5500K) | N/F* |
| 紫外線蛍光反応 | TOSHIBA FL20S BLB 20W: x4 | Kodak Wratten No.2E |
| 反射紫外線 | TOSHIBA FL20S BLB 20W: x4 | HOYA-U360 (360 nm) |
*Lens: Tochigi Nikon UV-105mm f.4.5
*Film:ILFORD DELTA 100 (Dev. TMX RS Normal)
* 同一の投光器に蛍光管を付け替え、照射角度と距離は一定とした。
表 1. 撮影環境データ一覧
| 配置画像 | RGB チャンネルの画像再配置組み合わせ | |||||
| 可視光線 | R | R | G | G | B | B |
| 紫外線蛍光 | G | B | R | B | R | G |
| 反射紫外線 | B | G | B | R | G | R |
*R:Red channel, G:Green channel, B:Blue channel
* 調査に有効な配置選択は撮影対象により異なる。写真 2 は、波長分布順に 配置:可視光画像 -R、紫外線蛍光画像 -G、反射紫外線画像 -B を選択した。
写真2 .マルチスペクトル紫外線疑似カラー撮影画像
写真2は、Red チャンネルに可視光要素、Green チャンネルに 紫外線蛍光要素、Blue チャンネルに反射紫外線要素を配置す ることで構成した疑似カラー画像である。 可視光では確認が困難なニス層の分布状態と、補彩に適用され た組成の異なる顔料の識別が可能である。特に白色顔料につい ては、疑似カラー画像上での色再現の差が明確であり、鉛白と 亜鉛華、チタニウムホワイトの識別に有効である可能性が確認 された。紫外線蛍光画像では、蛍光反応が抑制された暗色のグ レースケールで再現される物質についても、明確な色再現の差 による区分が可能であるため、他の調査撮影画像と比較対照す ることで、適用素材の分布と構造をより正確に把握することが 容易となる。今後、絵画素材の反応情報の収集を体系的におこ なうことで新たな指標を確立する予定である。
写真3. 可視光撮影画像
写真4. 紫外線蛍光撮影画像
写真5. 紫外線疑似カラー撮影画像
写真6. 赤外線疑似カラー撮影画像
写真4: 紫外線蛍光画像では、絵画素材の蛍光反応の強度は含有する有機物の経年劣化に比例して増幅するが、混入された色材の 組成に大きく左右されるため、反応の強度による分布素材の時系列的な区分は難しい場合がある。下層および上層に分布 する物質の反応情報が視覚的な干渉を引き起こす場合も多く、他の撮影画像との比較対照が必要とされる。
写真5: 反射紫外線画像は、可視光域や赤外域では識別が困難な表面情報の確認が可能であるが、屈折率の高い樹脂や展色剤 が表面に分布する場合、下層の識別が困難である。モノクロ反射紫外線画像では多くの色材は反応の差が明確では ないが、組成の異なる白色顔料の分布については識別が可能である。鉛白は強い白色に再現され、亜鉛華とチタニウム白は 濃度の異なるグレースケールで再現される。紫外線疑似カラー画像では RGB 画像の B チャンネルに紫外線要素を配置して 構成された疑似カラー画像の場合、鉛白以外野白色顔料は濃度の異なる黄色で再現されるため識別が有効である。
写真6: 赤外線疑似カラー画像は RGB 画像の R チャンネルに赤外線要素を配置し疑似カラー画像を構成させるのが一般的である。 色材により、可視光域では識別が困難な組成の異なる同色顔料の分 布を識別するのに有効である。
| 撮影種類 | フィルターワーク | 撮影光源 |
| 写真3. 可視光撮影画像 | B+W UV/IR-CUT | Profoto Pro 5 PB head 1500W: x2 |
| 写真4. 紫外線蛍光撮影画像 | Kodak Wratten No.12 + B+W UV/IR-CUT | Toshiba FL20S BLB 20W: x4 |
| 写真5. 紫外線疑似カラー撮影画像 | B+W UV/IR-CUT (Visible component) | Profoto Pro 5 PB head 1500W: x2 |
| Hoya U-360 (UV component) | Toshiba FL20S BLB 20W: x4 | |
| 写真6. 赤外線疑似カラー撮影画像 | B+W UV/IR-CUT (Visible component) | Profoto Pro 5 PB head 1500W: x2 |
| Kodak Wratten No.87 (IR component) |
Kodak DCS760/ Tochighi Nikon UV 105 mm *
この撮影と画像データ編集は、独立行政法人情報通信研究機構(NICT)の依頼により、テラヘルツ分光用イタリア古典絵画撮影資料を作成する目的で実施された。
まとめと考察
今回作成した疑似カラー画像から、可視光線下では識別が困難な、組成の異なる顔料の分布状況の確 認が可能であることが確認できた。紫外線蛍光画像と反射紫外線画像では識別に困難を伴う場合のある、 ニス層下層に位置する顔料の分布状況の把握に有効であることが確認することができた。特に白色顔料 については、紫外線蛍光画像と反射紫外線画像でも、組成の違いにより、顕著な反応情報の差が確認で きるが、同一画面上に組成の異なる白色顔料が分布し、ニス層や展色剤の反応が干渉するケースでは、 疑似カラー画像を指標に加えることで識別が容易になり、情報の精度を上げることができる。 今後の 展開として、絵画に適用される色材・展色剤などの色見本試料から、反応情報の収集を継続的に実施することで、疑似カラー画像の体系的な指標を確立させていく予定である。
参考文献
- A. Aldovrandi, E. Buzzegoli, A. Keller, D. Kunzelman,Il falso d’ autore indagato con tecniche non invasive. Rapporto preliminare sulle indagini svolte in Santa Maria della Scala di Siena durante la mostra ‘Falsi d’ autore’ ,OPD Restauro, n.17, 2005, pp. 265-272.
- A. Aldrovandi, E. Buzzegoli, A. Keller, D. Kunzelman,Indagini su superfici dipinte mediante immagini UV riflesse in falso colore, OPD Restauro, n.16, 2004, pp. 83-87.
- A. Aldrovandi, R. Bellucci, D. Bertani, E. Buzzegoli, M. Cetica, D. Kunzelmann,La ripresa in infrarosso falso colore: nuove tecniche di utilizzo, OPD Restauro, n.5, 1993, pp. 94-98.
- R. Williams – G. Williams, Medical and scientific photography, An online resorce for doctors, scientists, and students, http://msp.rmit.edu.au/index.html
