Ülkem, 5.000 yıllık köklü bir uygarlığa sahip bir ülkedir. Uzun tarih boyunca insanlar, bu kültürel birikimi çok sayıda hat ve resim ile duvar resminde koruyarak günümüze ve gelecek nesillere aktarmış, güzelliğini ve değerini sergilemiştir. Bu zengin hat ve resimlerde, rengârenk boyalar insanların hayal gücüne ve cesur yaratıcılığına hayat veren malzemelerdir. Farklı pigmentler ve farklı tekniklerle oluşturulan bu renkli dünya canlı bir şekilde ifade edilir. Resmin teması her bir hat, resim ve duvar resminin manevi kaynağıysa, zengin pigmentler de her bir eserin güçlü malzeme dayanağıdır. Antik pigmentlerin incelenmesi ve tanımlanması, kadim uygarlığın gelişimini inceleme sürecidir. Farklı hanedanlar ve bölgelerde pigment kullanımı yakından ilişkilidir ve sürekli değişim içindedir. Pigmentlerin malzeme tanımlamasından eserin yaşı çıkarılabilir; farklı eserlerdeki pigment kullanımından hanedan değişimleri ve bölgesel gelişimler hakkında ipuçları elde edilebilir. Bu çalışma, antik pigmentler üzerinde tahribatsız tanımlama araştırması yapmak için hiperspektral görüntüleme teknolojisini kullanmakta; hat, resim ve duvar resmi verileri hiperspektral kameralarla toplanmakta ve bir spektral veri tabanı ile spektral eşleştirme teknolojisi kurularak pigmentler tahribatsız şekilde tanımlanmaktadır.
Bu çalışmada 400–1000 nm aralığında çalışan bir hiperspektral kamera uygulanmıştır; Hangzhou Caipu Technology Co., Ltd.’nin FS13 ürünü ilgili araştırmalarda kullanılabilir. Spektral aralık 400–1000 nm, dalga boyu çözünürlüğü 2.5 nm’den iyidir ve 1200’e kadar spektral kanal destekler. Tam spektrumda edinim hızı 128 FPS’ye ulaşabilir; bant seçimi sonrası en yüksek hız 3300 Hz’dir (çok bölgeli bant seçimi desteklenir).
Kültürel mirasların pigment yansıtma spektroskopisine dayalı kimliklendirme yapılabilirliğini, duvar resimleri ile hat ve resimlerin pigment katmanının mikroskobik yapısından başlatarak ele almak gerekir. Pigment katmanı; parçacıklar (pigment), bağlayıcılar ve katkı maddelerinden oluşur. Bağlayıcıların rolü parçacıkları bir arada tutmak ve malzemenin mekanik dayanımını artırmaktır. Katkılar ise malzemenin performansını ve uygulanabilirliğini iyileştirmek için kullanılır.
Kültürel miras eserleri yılların etkisine maruz kalmış ve uzun süre havayla temas ettiğinden pigment katmanındaki bağlayıcı zamanla bozunup okside olmuştur. Bu nedenle, kültürel mirasların pigment katmanına ilişkin veri toplama kabaca sadece partikül (pigment) toplama olarak değerlendirilebilir. Böylece yansıtma spektroskopisine dayalı pigment tanımlaması, bağlayıcının spektral etkisini doğal olarak bertaraf eder ve laboratuvarda oluşturulan bir standart pigment spektrum kütüphanesiyle karşılaştırma yapılarak tanımlama sonuçları elde edilebilir. Spektral yansıtırlığı kullanarak pigmentleri tanımlamanın daha karmaşık fakat son derece etkili bir yolu, büyük bir spektral veritabanı oluşturmaktır. Bu veritabanında sadece saf pigmentlere ait spektral veriler değil, farklı türlerin karışımlarına ait spektral veriler de bulunmalıdır. Aynı zamanda tutkal ve şapın (alum) pigment katmanı üzerindeki etkisi de dikkate alınmalıdır. Bu nedenle çok miktarda deneysel veri toplanmalıdır; ancak bu tek başına yeterli değildir; çünkü antik eserlerin yüzeyindeki pigment katmanı karmaşık olup yalnızca pigmentten değil, okside olmuş tutkaldan da oluşur. Uzun süredir onarım görmemiş tapınak duvar resimleri ve yer altı mezar duvar resimlerinde pigment katmanında tozlar ve kültürel miras yüzeylerinde yaygın olarak görülen bakteriyel korozyon kalıntıları bulunabilir. Bu çoklu faktörlerin karmaşıklığı ve değişkenliği nedeniyle eksiksiz bir pigment spektrum kütüphanesi oluşturmak bir günde yapılacak iş değildir; yıllar süren ekleme ve iyileştirmeler gerektirir. Neyse ki Ming Hanedanı’na ait bir hat-resim çalışmasını incelerken, eser üzerindeki görece saf mineral pigmentlerin spektral eşleşme sonuçlarının çok iyi olduğunu gözlemledim; bu yüzden bu çalışmanın fikri ve odağı saf pigment spektrumlarının incelenmesidir. Söz konusu Ming dönemi eserinden bir bölüm ve spektral eşleştirme sonuçları aşağıda verilmiştir:
Hiperspektral kamera ile toplanan veriler hiperspektral görüntü küpü olarak da adlandırılır. Farklı bantlardaki görüntülerden oluşur. Ok yönü, görünür ışık bandından yakın kızılötesi banda uzanan bant yönünü ifade eder. Veriler, aynı alanın farklı bantlardaki onlarca hatta binlerce görüntüsünün üst üste gelmesiyle oluşur. Herhangi bir pigmentin spektral eğrisi hiperspektral görüntü verilerinden elde edilebilir; sonrasında herhangi bir pigmentin spektral eğrisi ve bir sınıflandırma algoritması kullanılarak hedef maddenin uzamsal dağılımı çıkarılabilir. Görüntü üzerinde farklı pigment bölgelerindeki pikseller seçilerek piksele karşılık gelen spektral eğri elde edilir. Örneğin altın pigmentine karşılık gelen spektral eğri seçilir; ardından spektral açı eşleştirme (SAM) algoritması kullanılarak eşleşme benzerlik eşiği 0.1’e ayarlanır ve görüntü uzayında altın pigmentinin dağılımı elde edilir.
Cihaz gürültüsünün etkileri
Gerçek cihazlarla veri toplama sürecinde çok sayıda veri toplandığından, her görüntü için karşılık gelen bir karanlık akım (dark current) dosyası yakalamak mümkün değildir. Cihaz gürültüsünün değişim yasasını incelemek, proje sırasında karanlık akım veri toplama zamanını makul biçimde tahsis etmeye yardımcı olur; bu da veri kalitesini güvence altına alırken toplama süresini kısaltır ve çalışma verimini artırır.
Deney planı: Kamerayı iç mekâna yerleştirip dış mekân toplama ortamını simüle ederek karanlık akım verileri yakalamak ve lens kapağı ile objektifi tamamen kapatmak. Belirli aralıklarla bir kez karanlık akım verisi toplamak. Karanlık akım zamanlama planı aşağıdaki gibidir:
Toplanan karanlık akım verileri şu şekilde işlenir: Diğer zamanlardaki karanlık akım verileri ilk karanlık akımdan çıkarılır; çıkarma sonrası her bandın (400–1000 nm) ortalama değeri hesaplanır; ardından her bandın ortalaması bir eğriye dökülerek farklı bantlardaki karanlık akım değişimleri gözlemlenir. Deneysel sonuçlar:
Deneysel sonuçlar, çıkarma sonrası her bandaki (400–1000 nm) karanlık akım verilerinin ortalama değerinin neredeyse 0 olduğunu ve maksimum dalgalanmanın 0.4’ü aşmadığını göstermektedir; bu da farklı zaman dilimlerindeki karanlık akım değişiminin neredeyse sıfır olduğu ve deneysel veri değişimi üzerinde doğrudan bir etkisinin olmadığını ifade eder.
Deneysel çıkarım: VNIR400H hiperspektral kameranın çalışma performansı stabildir ve karanlık akım fazla değişmez; sabit bir değerde kalır. Cihaz gürültüsü etkisini fazla önemsemeye gerek yoktur. Kısa aralıklarla (tek edinim alanı) 1–2 kez çekim yapılması yeterli olabilir.
Özet: Bu bölüm, doğru görüntü ve spektral veriler elde edebilmek için hiperspektral kameranın verilerini etkileyen parametreleri kontrol eden ve sınayan deneyler sunar. Deneyler, aydınlatma ve cihazın karanlık akımının veri üzerindeki etkisinin büyük olmadığını; odak uzunluğunun, düzeltilmiş pikselin yansıtma spektrumu üzerinde neredeyse etkisiz olduğunu; buna karşın pozlama süresinin spektral veri oluşumu üzerinde belirli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bir dizi deney aracılığıyla cihazın performansı daha iyi anlaşılmış, bu da sonraki veri toplama süreçleri ve bir pigment spektrum kütüphanesinin oluşturulması için güçlü bir güvence sağlamıştır.