例如,銅元素有時出現在白色顏料中。這表明存在藍銅礦,即一種銅基藍。因此,在白色顏料樣品中檢測到銅,這表明白色顏料中也含有一定量的藍色顏料。如果沒有這種化學分析,那么在修復過程中使用純白色顏料,則會使修復后的畫作并不能準確還原到它原本的樣子。
德國Bruker Nano公司的工程師們開發了一種X射線熒光掃描儀M6JETSTREAM來解決這個問題和類似的挑戰,它允許物體通過RGB相機和X射線光譜儀同時成像。這允許創建重疊圖像用于化學分析,可以分離和顯示選定的元素。
該掃描儀包含一個帶有X射線管和聚焦透鏡的光譜儀,其產生的熒光能以100mm/s的速度,測量小至100µm的單點的化學成分。該光學圖像由IDSImaging Development Systems公司的兩臺UI-2230SE-C-HQUSB2 uEye SE相機捕獲,相機的分辨率為1024×768。BrukerNano公司之所以選擇USB2接口相機,是因為與GigE接口相比,USB2接口更方便多相機部署。
第一臺相機具有約10×10cm2的視場(FOV),并通過將位置網格的多幅靜止圖像拼接在一起來創建各樣本或所掃描物體的概覽圖像。由于光譜儀的測量點只有100µm,因此在該應用中,不會為每個測量點拍攝一幅單獨的RGB圖像。相反,而是將光譜數據覆蓋在相機圖像的像素上,以創建數據立方。
第二臺相機具有1×1cm2的視場(FOV),將光譜儀聚焦在每個樣品表面上,從而將測量點精確定位在細微的特征(如單筆繪制或表面雜質)上。
掃描儀的運動系統由安裝在機架上的兩個軸(X軸和Y軸)組成,機架可以傾斜,以便測量直立或平躺的樣品。X軸和Y軸允許最大為800×620mm2的完整行程,單次運行可測量的最大面積為800×600mm2,最大移動速度為100mm/s。安裝在軸上的測量頭通過電動Z軸移動,最大行程90mm。
將畫作放置在光譜儀前面后,高倍相機(具有固定焦點)的圖像將幫助對準光譜儀,與畫作保持合適的距離。低倍相機掃描感興趣圖像上的整個區域,并由Bruker Nano公司開發的定制圖像軟件創建一幅拼接的概覽圖像。
由于掃描是由高精度的機械裝置完成的,而低倍相機的光學系統決定視場,所以可以將概覽圖像的每個像素與光譜儀坐標系中的一個位置相關聯。這意味著,用戶只需在系統用戶界面上單擊概覽圖像,即可將高倍相機圖像的中心移動到任何位置,以便近距離查看細微特征,或將聚焦的X射線點移動到任何位置進行光譜分析。
每個測量點的X射線熒光光譜數據和相機圖像重疊,形成BrukerNano所稱的HyperMap,這是一幅樣本圖像,畫作修復器過濾后只顯示特定元素,并突出顯示它們在樣本中的位置。創建HyperMap的Bruker Nano軟件運行在Windows操作系統上,支持任何x64處理器和OpenGL兼容的GPU。圖像通過IDS軟件開發工具包集成。
例如,最近英國倫敦國家美術館(NationalGallery)為修復達芬奇的畫作《巖間圣母》就使用了這臺掃描儀,藝術史學家們通過這種方式獲得了一幅之前已知的底圖的詳細信息。該底圖是使用含鋅顏料制作的。當在HyperMap中選擇了鋅圖時,該底圖變得比以前更加明顯。
通過選擇特定的元素,藝術史學家可以分析畫作中個別顏料的位置。這可以揭示出畫作的修改痕跡,即時間的推移畫作中發生的改變或是增加了什么元素。例如,畫作不同層次上顏料使用量的差異,可能表明有不同的畫家參與了同一幅作品的創作。
M6 JETSTREAM X射線熒光掃描儀也可以用于地平線樣本分析,如巖芯分析,以檢查地質歷史、巖石和沉積物序列,以及古氣候的發展。