Name: ハイパースペクトル反射イメージを適用してパレットと画家の技法を調査する (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-06-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 5 s
Description: 学ぶ ハイパースペクトル反射イメージングとSAMアルゴリズムを用いた絵画分析手法。スペクトル操作により筆致や顔料分布を詳細にマッピングし、文化財保存と芸術研究に貢献します。

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この研究は、プロジェクトMOBARTECHの枠組みの中で地域ロンバルディアによって資金提供されました: ウナ・ピアッタフォルマ・モバイル・テクノロジカ, インターアッティバ・エ・パルテシパタ・パー・ロ・スタジオ, ラ・コンセルバツィオーネ・エ・ラ・ヴァロリッツァツィオーネ・ディ・ベニ・ストリコ・アーティスティック - コール・アコーディ・パー・ラ・リセルカ・エ・ラ・イノバツィオーネ.
著者らは、スタジオ・ムセオへのアクセスに関しては、イン・ザ・イン・ザ・実験セッション中の支援と、スタジオ・ムセオへのアクセスに関するアソシアツィオーネ・ペリッツァ・ダ・ヴォルペドの支援に対するノベチェント・ムセオのスタッフに感謝しています。

<ol><li>Picollo, M., et al. Fiber Optics Reflectance Spectroscopy: a non-destructive technique for the analysis of works of art. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPicollo%2C+M+%22Optical+Sensors+and+Microsystems%22">Optical Sensors and Microsystems</a>. , Springer. 259-265 (2002).</li>
<li>Bacci, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-destructive+spectroscopic+investigations+on+paintings+using+optical+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Online+Proceedings+Library+Archive%22%5BJournal%5D)">Non-destructive spectroscopic investigations on paintings using optical fibers.</a> MRS Online Proceedings Library Archive. 267, (1992).</li>
<li>Liang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+multispectral+and+hyperspectral+imaging+for+archaeology+and+art+conservation%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+A%22%5BJournal%5D)">Advances in multispectral and hyperspectral imaging for archaeology and art conservation.</a> Applied Physics A. 106, 309-323 (2012).</li>
<li>Bullock, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflectance+spectrophotometry+for+measurement+of+colour+change%5BTitle%5D)+AND+%22National+Gallery+Technical+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Reflectance spectrophotometry for measurement of colour change.</a> National Gallery Technical Bulletin. 2, 49-55 (1978).</li>
<li>Saunders, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colour+change+measurement+by+digital+image+processing%5BTitle%5D)+AND+%22National+Gallery+Technical+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Colour change measurement by digital image processing.</a> National Gallery Technical Bulletin. , 66-77 (1988).</li>
<li>Appolonia, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+use+of+FORS%2C+XRF+and+Raman+spectroscopy+in+the+study+of+mural+paintings+in+the+Aosta+Valley+%28Italy%29%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+and+Bioanalytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Combined use of FORS, XRF and Raman spectroscopy in the study of mural paintings in the Aosta Valley (Italy).</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 395, 2005-2013 (2009).</li>
<li>Pouyet, E. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+insights+into+Pablo+Picasso%27s+La+Mis%C3%A9reuse+accroupie+using+X-ray+fluorescence+imaging+and+reflectance+spectroscopies+combined+with+micro-analyses+of+samples%5BTitle%5D)+AND+%22SN+Applied+Sciences%22%5BJournal%5D)">New insights into Pablo Picasso's La Miséreuse accroupie using X-ray fluorescence imaging and reflectance spectroscopies combined with micro-analyses of samples.</a> SN Applied Sciences. 2, 1-6 (2020).</li>
<li>Garofano, I., Perez-Rodriguez, J. L., Robador, M. D., Duran, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+innovative+combination+of+non-invasive+UV-Visible-FORS%2C+XRD+and+XRF+techniques+to+study+Roman+wall+paintings+from+Seville%2C+Spain%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cultural+Heritage%22%5BJournal%5D)">An innovative combination of non-invasive UV-Visible-FORS, XRD and XRF techniques to study Roman wall paintings from Seville, Spain.</a> Journal of Cultural Heritage. 22, 1028-1039 (2016).</li>
<li>Dupuis, G., Elias, M., Simonot, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pigment+identification+by+fiber-optics+diffuse+reflectance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Pigment identification by fiber-optics diffuse reflectance spectroscopy.</a> Applied Spectroscopy. 56, 1329-1336 (2002).</li>
<li>Bacci, M., Picollo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-destructive+spectroscopic+detection+of+cobalt+%28II%29+in+paintings+and+glass%5BTitle%5D)+AND+%22Studies+in+Conservation%22%5BJournal%5D)">Non-destructive spectroscopic detection of cobalt (II) in paintings and glass.</a> Studies in Conservation. 41, 136-144 (1996).</li>
<li>Cosentino, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FORS+spectral+database+of+historical+pigments+in+different+binders%5BTitle%5D)+AND+%22E-Conservation+Journal%22%5BJournal%5D)">FORS spectral database of historical pigments in different binders.</a> E-Conservation Journal. , 54-65 (2014).</li>
<li>Leona, M., Winter, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber+optics+reflectance+spectroscopy%3A+a+unique+tool+for+the+investigation+of+Japanese+paintings%5BTitle%5D)+AND+%22Studies+in+Conservation%22%5BJournal%5D)">Fiber optics reflectance spectroscopy: a unique tool for the investigation of Japanese paintings.</a> Studies in Conservation. 46, 153-162 (2001).</li>
<li>Cheilakou, E., Troullinos, M., Koui, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+pigments+on+Byzantine+wall+paintings+from+Crete+%2814th+century+AD%29+using+non-invasive+Fiber+Optics+Diffuse+Reflectance+Spectroscopy+%28FORS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Archaeological+Science%22%5BJournal%5D)">Identification of pigments on Byzantine wall paintings from Crete (14th century AD) using non-invasive Fiber Optics Diffuse Reflectance Spectroscopy (FORS).</a> Journal of Archaeological Science. 41, 541-555 (2014).</li>
<li>Kubik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+imaging%3A+a+new+technique+for+the+non-invasive+study+of+artworks%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Techniques+in+the+Study+of+Art%2C+Archaeology+and+Cultural%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral imaging: a new technique for the non-invasive study of artworks.</a> Physical Techniques in the Study of Art, Archaeology and Cultural. 2, 199-259 (2007).</li>
<li>Fischer, C., Kakoulli, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+and+hyperspectral+imaging+technologies+in+conservation%3A+current+research+and+potential+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Studies+in+Conservation%22%5BJournal%5D)">Multispectral and hyperspectral imaging technologies in conservation: current research and potential applications.</a> Studies in Conservation. 51, 3-16 (2006).</li>
<li>Daniel, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+imaging+applied+to+the+analysis+of+Goya+paintings+in+the+Museu+of+Zaragoza+%28Spain%29%5BTitle%5D)+AND+%22Microchemical+Journal%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral imaging applied to the analysis of Goya paintings in the Museu of Zaragoza (Spain).</a> Microchemical Journal. 126, 113-120 (2016).</li>
<li>Baronti, S., Casini, A., Lotti, F., Porcinai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principal+component+analysis+of+visible+and+near-infrared+multispectral+images+of+works+of+art%5BTitle%5D)+AND+%22Chemometrics+and+Intelligent+Laboratory+Systems%22%5BJournal%5D)">Principal component analysis of visible and near-infrared multispectral images of works of art.</a> Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 39, 103-114 (1997).</li>
<li>Mansfield, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near+infrared+spectroscopic+reflectance+imaging%3A+supervised+vs.+unsupervised+analysis+using+an+art+conservation+application%5BTitle%5D)+AND+%22Vibrational+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Near infrared spectroscopic reflectance imaging: supervised vs. unsupervised analysis using an art conservation application.</a> Vibrational Spectroscopy. 19, 33-45 (1999).</li>
<li>Clodius, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+and+Hyperspectral+Image+Processing%2C+Part+1%3A+Initial+Processing%5BTitle%5D)+AND+%22Encyclopedia+of+Optical+Engineering%3A+Las-Pho%22%5BJournal%5D)">Multispectral and Hyperspectral Image Processing, Part 1: Initial Processing.</a> Encyclopedia of Optical Engineering: Las-Pho. 2, 1390(2003).</li>
<li>Kruse, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+spectral+image+processing+system+%28SIPS%29-interactive+visualization+and+analysis+of+imaging+spectrometer+data%5BTitle%5D)+AND+%22AIP+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">The spectral image processing system (SIPS)-interactive visualization and analysis of imaging spectrometer data.</a> AIP Conference Proceedings. , (1993).</li>
<li>Yang, C., Everitt, J. H., Bradford, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Yield+estimation+from+hyperspectral+imagery+using+spectral+angle+mapper+%28SAM%29%5BTitle%5D)+AND+%22Transactions+of+the+ASABE%22%5BJournal%5D)">Yield estimation from hyperspectral imagery using spectral angle mapper (SAM).</a> Transactions of the ASABE. 51, 729-737 (2008).</li>
<li>Delaney, J. K. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+X-ray+fluorescence+and+diffuse+visible-to-near-infrared+reflectance+scanner+for+standoff+elemental+and+molecular+spectroscopic+imaging+of+paints+and+works+on+paper%5BTitle%5D)+AND+%22Heritage+Science%22%5BJournal%5D)">Integrated X-ray fluorescence and diffuse visible-to-near-infrared reflectance scanner for standoff elemental and molecular spectroscopic imaging of paints and works on paper.</a> Heritage Science. 6, 1-12 (2018).</li>
<li>Richards, J. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRichards%2C+JA+%22Remote+sensing+digital+image+analysis%22">Remote sensing digital image analysis</a>. 3, Springer. (1999).</li>
<li>Mobaraki, N., Amigo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((HYPER-Tools.+A+graphical+user-friendly+interface+for+hyperspectral+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Chemometrics+and+Intelligent+Laboratory+Systems%22%5BJournal%5D)">HYPER-Tools. A graphical user-friendly interface for hyperspectral image analysis.</a> Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 172, 174-187 (2018).</li>
<li>Zhu, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+a+hyperspectral+imaging+system+for+rapid+detection+of+microplastics+down+to+100+%C2%B5m%5BTitle%5D)+AND+%22MethodsX%22%5BJournal%5D)">Optimization of a hyperspectral imaging system for rapid detection of microplastics down to 100 µm.</a> MethodsX. 8, 101175(2021).</li>
<li>Behmann, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Specim+IQ%3A+evaluation+of+a+new%2C+miniaturized+handheld+hyperspectral+camera+and+its+application+for+plant+phenotyping+and+disease+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Specim IQ: evaluation of a new, miniaturized handheld hyperspectral camera and its application for plant phenotyping and disease detection.</a> Sensors. 18, 441(2018).</li>
<li>Mather, J. Spectral and XYZ Color Functions. MATLAB Central File Exchange. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/7021-spectral-and-xyz-color-functions">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/7021-spectral-and-xyz-color-functions</a> (2021).</li>
<li>Chen, C. -Y., Klette, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image+stitching-Comparisons+and+new+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22International+Conference+on+Computer+Analysis+of+Images+and+Patterns%22%5BJournal%5D)">Image stitching-Comparisons and new techniques.</a> International Conference on Computer Analysis of Images and Patterns. , (1999).</li>
<li>Tuszynski, J. read_envihdr. MATLAB Central File Exchange. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/38500-read_envihdr">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/38500-read_envihdr</a> (2021).</li>
<li>Jolliffe, I. T., Cadima, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principal+component+analysis%3A+a+review+and+recent+developments%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+A%3A+Mathematical%2C+Physical+and+Engineering+Sciences%22%5BJournal%5D)">Principal component analysis: a review and recent developments.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 374, 20150202(2016).</li>
<li>Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIH+Image+to+ImageJ%3A+25+years+of+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nature Methods. 9, 671-675 (2012).</li>
<li>Rinnan, Å, Van Den Berg, F., Engelsen, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+the+most+common+pre-processing+techniques+for+near-infrared+spectra%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Review of the most common pre-processing techniques for near-infrared spectra.</a> Trends in Analytical Chemistry. 28, 1201-1222 (2009).</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

ハイパースペクトル反射率イメージング データセットは、情報の大きな貯水池です。したがって、データを分析するための堅牢で、おそらく自動化されたプロトコルの開発は、その潜在的な15,17を活用するための重要なターンです。提案されたアルゴリズムは、絵画の顔料の特徴付けに特に注意を払って、文化遺産の分野でこの必要性に答えます。SAM20,21に基づいて、このアルゴリズムは、実験条件の設定から顔料の分布の評価まで、解析プロセス全体の間にユーザをサポートします。アルゴリズムにはまだ完全なグラフィカルインターフェイスが含まれていないため、結果を表示するためのツールが提供されていませんが (このためオープンソースソフトウェアが使用されています31 と推奨されていますが、材料表を参照してください)、データ分析へのアプローチを調節するために実装...

反射反射分光法(RS)と光ファイバ反射率分光(FORS)は、光源によって照らされた表面(典型的にはタングステンハロゲンランプ)によって反射される光の検出に基づいています。取得システムの出力は、採用した実験用設定1,2,3の特性に依存する範囲の波長の関数として反射率が監視されるスペクトルによって構成される。過去40年の間に導入されたRSとFORSは、通常、蛍光X線やその他の分光法と組み合わせて使用され、アーティストが傑作6,7,8,9を実現するために使用する材料と技術を記述します。反射スペクトルの研究は、通常、サンプルからのデータを、個人または公共のデータベースでユーザーが選択した参照スペクトルのグループと比較することによって行われます。サンプルの実現期間に準拠する基準スペクトルと、アーティストの手口を持つ基準スペクトルが特定されると、ユーザーは反射スペクトル(すなわち、遷移、吸収、および反射バンド1、2、10、11)の主な特徴を認識し、その後、他の技術の助けを借りて6,7,8 彼らは絵画で使用されている顔料を区別します。最後に、参照と実験スペクトル7,9の間に存在するわずかな違いについて議論します。
ほとんどの場合、実験データセットは、アートの専門家によって選択された領域から収集されたいくつかのスペクトルで構成され、絵画の特徴付けに重要であると仮定される6,12,13。ユーザーのスキルと経験にもかかわらず、いくつかのスペクトルは完全に全体の塗装面の特性を使い果たすことができません。また、分析の結果は、常にパフォーマーの専門知識に大きく依存します。このシナリオでは、ハイパースペクトル反射率イメージング (HRI3,14,15) が有用なリソースである可能性があります。実験設定は、いくつかの単離スペクトルの代わりに、調査中の拡張部分または全体のアーティファクトの反射特性を返す16。分離スペクトルの獲得に関する2つの主な利点は明らかです。一方で、反射特性の空間分布を利用できるため、特異な特徴とは思えない場合でも、興味深い特徴を隠す領域を特定できます。一方、ハイパーキューブは、データの統計分析を可能にするのに十分な高さのスペクトルの数を保証します。これらの事実は、塗装面内の顔料の分布の理解を裏付けている18,19。
HRIを使用すると、実験データと参照の比較は、取り扱いにくい可能性があります15。典型的な検出器は、少なくとも256 x 256スペクトルのハイパーキューブを返します。これにより、ユーザーは各参照に対して65,000以上の反射スペクトルを評価する必要があります。したがって、HRI データセットを管理および分析するための堅牢で、場合によっては自動化されたプロトコルの要求は、15,17 以上になります。提案された方法は、最小関与と最大の柔軟性で全体の分析手順を処理することによって、このニーズに答えます。
一連の自家製コード(表)で構成されるアルゴリズムは、実験用セットアップによって返されるファイルを読み取り、管理、および整理します。視野の部分(FOV、1つの視野は単一のハイパーキューブによって監視される絵画の領域)の細かい選択を研究し、スペクトル角度マッパー(SAM)方法20、21 および元のスペクトルの操作に基づいてデータの分析を行うことを可能にする。SAM は、類似性マップと呼ばれる偽色のグレースケール画像を返します。これらのマップのピクセルの値は、ハイパーキューブに格納されたスペクトルといわゆるエンドメンバー(EM、ハイパーキューブによって監視される表面の特徴を記述する参照スペクトルのグループ)との間の角度であるスペクトル角度に対応する。絵画に適用されるRSの場合、OEMは、マスターのパレットに一致する必要がある顔料の反射スペクトルです。これらは、アーティスト、絵画の実現期間、およびユーザーの専門知識に関する利用可能な情報に基づいて選択されます。したがって、SAMの出力は、絵画表面上のこれらの顔料の空間分布を記述し、アーティストとその組織がアーティファクトで使用する材料を推測することをユーザーにサポートするマップのセットです。アルゴリズムは、その起源から独立してあらゆる種類の参照を採用する可能性を提供します。参照は、ハイパーキューブ内で選択された特定のスペクトル、データベースから来る、異なる表面上の別の機器によって取得される(例えば、顔料のサンプルやアーティストのパレットなど)、または反射率分光法、FORSを採用して得ることができる。
SAMは、顔料の特性化に有効であることが実証されているため、利用可能な分類方法の中でも好まれています(主な分類方法の概要を持つため、Richard23の本を参照)。代わりに、net24,25で自由に利用可能な多くのツールの1つを採用するのではなく、自家製のプロトコルを開発するという考えは、実用的な考慮事項に依存しています。既存のGUIとソフトウェアの有効性と科学的基盤にもかかわらず、単一のツールはほとんどユーザーのすべてのニーズを満たしていません。ツールが生データを含むファイルを管理しないため、入出力 (I/O) の問題が発生する可能性があります。別のツールが目的のアプローチを提供しないため、データの分析に関する問題が発生する可能性があります。複数のデータセットの同時分析がサポートされていないため、データの処理に制限が生じうる場合があります。いずれにせよ、完璧なツールは存在しません。各メソッドは、データに合わせて調整する必要があります。したがって、自家製プロトコルの開発が好ましい。
提示されたアプローチは、分析方法の完全なセット(比較のために、MobarakiとAmigo24によって提案されたツールを参照)も、管理しやすいユーザーインターフェイス(比較のために、Zhuとco-workers25によって採用されたソフトウェアを参照)を提供していませんが、引き換えに、ハイパースペクトルデータ分析のまだ過小評価された側面に焦点を当てています: 検出されたスペクトルを操作する機会。このアプローチの力は、イタリアのミラノにあるノベチェント国立で開催されたキャンバスの象徴的な油であるジュゼッペ・ペリッツァ・ダ・ヴォルペド(図1)の絵画クアルト・スタトに適用することで示されています。このアプローチでは、自家製コードを実行する必要があるため、開発者は任意にコードの名前と、プロトコルの説明で使用される入力変数と出力変数を選択します。変数の名前はユーザーが変更できますが、入力変数と out 変数は、それぞれ括弧内に記述し、最終的にはコンマで区切って角括弧で区切り、最終的には空白で区切る必要があります。逆に、コードの名前は変更できません。

<table><tbody><tr><td>ImageJ/Fiji</td><td>Specim (Oulo, Finlad)</td><td>該当なし</td>ポータブル<td>反射率ハイパースペクトルカメラ ハイパーキューブの取得に使用</td></tr><tr><td>MATLAB 2019b</td><td>StellarNet Inc (米国フロリダ州タンパ)</td><td>該当なし</td><td>独立反射スペクトルの取得に使用</td></tr><tr><td>Specim IQ ハイパースペクトルカメラ</td><td>National Institutes of Health (米国メリーランド州ベセスダ)</td><td>該当なし</td><td>&nbsp;オープンソースのJava画像処理プログラム</td></tr><tr><td>StellarNet BLUE-waveミニチュア分光計</td><td>&nbsp;MathWorks (Natick, Massachusset, USA)</td><td>該当しない</td><td>プログラム言語と数値計算環境</td></tr></tbody></table>

ハイパースペクトル反射イメージを適用してパレットと画家の技法を調査する

Applying Hyperspectral Reflectance Imaging to Investigate the Palettes and the Techniques of Painters

反射率分光法(RS)と光ファイバ反射率分光法(FORS)は、絵画に特に注意を払って芸術作品を調査するための確立された技術です。ほとんどの近代的な博物館は、RSとFORSの本質的な非侵襲性と共に、アーティファクトの表面からの反射スペクトルの現場コレクションを可能にする彼らの研究グループポータブル機器の処分 に 置きます。顔料や絵画材料の専門家によって行われた比較は、参照スペクトルのデータベースを持つ実験データの比較は、パレットの特性とアーティストが使用する技術の特徴を駆動します。ただし、このアプローチには特定のスキルが必要であり、特にハイパースペクトル反射率イメージング(HRI)データセットの場合と同様に、調査対象のスペクトルの数が多くなる場合には時間がかかります。HRI 実験用の設定は、反射スペクトルによって与えられるスペクトル情報を、塗装面上のスペクトルの空間的局在化に関連付ける多次元カメラです。結果として得られるデータセットは 3D キューブ (ハイパーキューブまたはデータ キューブと呼ばれます) で、最初の 2 つのディメンションがペイント上のスペクトルを見つけ、3 つ目のディメンションがスペクトル自体を見つけます (つまり、塗装面のその点の反射率と検出器の操作範囲の波長)。検出器が同時に大量のスペクトル(通常はハイパーキューブごとに10,000をはるかに超える)を収集する機能により、HRIデータセットは情報の大きな貯水池となり、データを分析するための堅牢で、おそらく自動化されたプロトコルの開発の必要性が正当になります。データ収集のために設計された手順の説明の後、ハイパーキューブの可能性を体系的に活用する分析手法を提示する。スペクトル角度マッパー(SAM)と収集したスペクトルの操作に基づいて、アルゴリズムは何千ものスペクトルを処理して分析すると同時に、調査中のサンプルの特徴を明らかにするためにユーザーをサポートします。このアプローチの力は、ミラノ(イタリア)のノヴェチェント国立で開催されたジュゼッペ・ペリッツァ・ダ・ヴォルペドの象徴的な傑作、 クアルト・スタートに適用することによって示されています。

提案されたプロトコルはHRIデータの管理および分析のための興味深い機能のセットを提供する。生データのI/O(ステップ3.1)は、分析方法を適用する前に解決しなければならない最初の問題であり、大量のデータを扱う場合には重要な問題になる可能性があります。現在の場合、生データに関する唯一のタスクは、実験結果を専用のフォルダに保存し、読み取りコードを実行するときにハードディスクをブラウズして選択することです(ステップ3.1.1)。その後、クロップとRGB再構築コードを使用して、データの選択を詳細に調整して分析し(ステップ3.1.2)、ハイパーキューブの取得の瞬間に実験条件が適切に設定されていることを確認します(ステップ3.1.3、 図4 および 詳細については、議論 のセクションを参照)。
データ キューブが正しく取得されたことを確認すると、このアルゴリズムは SAM Analysis20,21 のエンド メンバを選択するさまざ...

ハイパースペクトル反射率イメージングハイパーキューブは、大量のデータに顕著な情報を含む。したがって、データセットを管理および調査するための自動化プロトコルの要求は広く正当化されます。スペクトル角度マッパー、データ操作、およびユーザー調整可能な分析方法の組み合わせは、実験結果を探索するためのキーターンを構成します。

Reflectance Spectroscopy (RS) and Fiber Optics Reflectance Spectroscopy (FORS) are well-established techniques for the investigation of works of art with ...

このプロトコルは、顔の絵画の分析を含む新しい機会を提供しています。データ分析プロセス全体に沿ってユーザーを段階的にサポートします。このプロトコルには、主に 2 つの利点があります。ユーザーは、自分の好みに応じて分析を調整することができ、初めて、スペクトル操作が導入され、ハイパースペクトルデータを分析しました。超スペクトル反射率イメージングは、皮膚疾患または腫瘍診断の研究に成功した。プロトコルがカウンターヘリテージ分野で生まれたとしても、臨床健康データセットにも適用できます。芸術の専門家の支援を受けて、塗装された表面の予備検査を行い、絵画の主な特徴を特定します。アーティストが使用する絵のテクニック、キャンバス上のペイントの異なるブラシストロークをメモし、そのサイズに特に注意してブラシストロークの特性を定性的に推定します。アーティストが使用する絵のテクニックを模倣して、ブラシストロークがアーティストが適用したものと同様の特性を示すアドホックサンプルを作成します。ハイパースペクトル データを取得し、ハイパーキューブの空間解像度が、ペイントされたサーフェスの RGB 画像上の異なるブラシストロークを区別できるかどうかを確認します。Run PointSel、テストサンプルの表面上のいくつかの参照スペクトルを手動で選択するための独立した測定点選択コード。ターミナル ウィンドウにセミコロンを含むコマンド ラインを入力し、Enter キーを押してコードを実行します。1つずつ視野の2次元RGB画像を表示するインタラクティブウィンドウをクリックして、測定ポイントを選択します。SAM_Standard実行すると、標準 SAM は、スペクトル全体を使用して SAM マップを抽出する評価コードをマップします。コマンド ラインをターミナル ウィンドウにセミコロンを含めて入力し、Enter キーを押してコードを実行します。SAM マップは、現在の作業フォルダーに PNG 画像として保存されます。類似性マップの取得に、テストサンプルの実現に使用されたブラシストロークの詳細が表示されるかどうかを確認します。テストサンプル表面と取得装置間の距離を再変換して、プロセスを再開します。試験サンプルにより得られた評価によれば、調査中の塗装の表面と取得装置との距離を設定した。ハイパースペクトルデータのIOを、ハイパーキューブの整理、読み取り、管理を行います。HS FileLister コードを実行して、ハイパーキューブと関連情報を含むファイルのリストを、アルゴリズムの破棄時に 2 つの変数に格納します。png コードHS_Crop実行して、データの分析に使用する各 FOV の部分を選択します。次に、PointSel コードを実行し、表示された対話型ウィンドウ内をクリックして、参照スペクトルを、監視対象領域のサーフェス上の独立した測定ポイントとして識別します。ターミナルウィンドウにセミコロンを含むコマンドラインを入力し、Enterキーを押してReticularSel(Reticular)選択コードを実行します。これにより、参照スペクトルが、監視対象領域の表面に重ね合わされた測定点の通常のレチクルとして自動的に選択されます。この選択方法は、参照数が多いため、解析に非常に時間がかかります。ターミナル ウィンドウにセミコロンを含むコマンド ラインを入力し、Enter キーを押して SaveImPoint を実行します。これにより、選択した計測点の位置が、視野の画像に重ね合わされます。Spectra_Importer実行する外部参照インポーターコードは、quarto stato で取得したハイパーキューブから独立したデータ セットおよびデータベースからの参照を含む変数を作成します。スペクトルは、ハイパースペクトルカメラで得られたものに対して異なるサイズを有することに注意してください。SAM 完全なコードを実行して、類似性マップを評価します。ダイアログボックスにゼロまたは1を入力する必要なプリプロセスオプションをコードに送ります。スペクトルの正規化のみを要求する場合はゼロ、または正規化後にスペクトルが 1 回派生することを要求する 1 つの値。空白で区切られた数値を入力して、参照マトリックスの目的の列に対応する番号のシーケンスをダイアログボックスに入力します。Enter キーを押して続行します。データを操作しない場合は、このメソッドをゼロに設定します。1つは、分析を開始する前に考慮するスペクトルの波長範囲の手動選択を必要とするか、または2つのアルゴリズムが特定の基準に基づいて、およびSAMマップの評価の前にデータを並べ替えることを要求する。SAM 解析の終了メンバーを選択するには、アルゴリズムは、いくつかの独立した測定ポイントを手動で選択してハイパーキューブ間の参照スペクトルを取得するか、自動的にペイント サーフェスをサンプリングして、1 つまたは複数の FOV 内の特定の測定ポイントを提供します。このアルゴリズムは、ポータブルFORSミニチュア分光計で得られたような外部スペクトルとハイパーキューブを比較することもできます。事前処理された参照がインタラクティブウィンドウに表示される場合、解析対象の 1 つまたは複数の波長間隔を手動で選択できます。自動選択では、アルゴリズムは、この基準に従って、所望の参照と注文スペクトル内の最大分散を計算します。最大分散がn番目の波長に対応する場合、各プリ加工スペクトルのn番目の成分の内容は、再配置されたハイパーベクトルの最初の位置に移動されます。自動操作の後、アルゴリズムは変動値に浮動しきい値を適用し、合計 2 n に 1 組のマップの合計 (n がしきい値によって想定される値の数) を加算した増加しきい値で SAM マップを評価します。取得した類似性マップは、マップされた領域の詳細に関する新しい洞察を提供します。サンプルと参照を比較するのに役立ちます。分析をカスタマイズし、参照として任意のスペクトルを利用する可能性は、ユーザーの視野を広げるが、同時にユーザーに彼らの選択の慎重な評価を求めるこのアプローチは、分析ツールとしてスペクトル操作の使用を可能にし、したがって、コンピュータビジョンと統計研究は、この問題の可能性についての知識を深めるのに役立ちます。

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Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

私たちは、構造的に複雑な材料からの散乱光の方向に空間的な変化をサンプリングするための非破壊的手法を提案する。同時に高分解能イメージングの微細スケールの方向の貢献を取り込む際に材料をそのまま維持することによって、我々は、総規模散乱挙動を保つ。結果は、生体関連ポジションとスケールでソフトウェアで可視化する。...

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

スペクトルマッピングによる強化された暗視野顕微鏡法とハイパースペクトルイメージングにより、従来の方法よりも速度と精度が向上した組織学的サンプル中のナノスケール材料のスクリーニング、局在化、および同定が可能になります。この論文の目標は、組織学的サンプル中の金属酸化物ナノ粒子の暗視野イメージングとハイパースペクトルマッピングの方法を提供することです。...

強化された暗視野顕微鏡とハイパースペクトルマッピングにより組織学的試料中の金属酸化物ナノ粒子の同定

この記事では、視覚システムに適応をシミュレートし、研究するための新規な方法を説明します。...

視覚適応を可視化

脳血行動態およびin vivoでのラット脳組織の光散乱特性の同時評価は、従来のマルチスペクトル拡散反射イメージングシステムを用いて実証されています。...

脳血行動態との光散乱特性の同時評価<em&gt;インビボ</emマルチスペクトル拡散反射率イメージングの使用&gt;ラット脳

RGB とハイパー スペクトル イメージング植物根系の生育する土壌の評価の実験的プロトコルが表示されます。ケモメトリック ハイパー スペクトル情報かシリーズ スキャン RGB...

RGB とスペクトルのルート画像植物表現型解析および生理学的研究: 実験概要およびイメージ投射プロトコル

このプロトコルでは、拡散反射光の偏光分光学の使用が毛細血管リフィル...

拡散反射率分光: 取得 1 つの親指の下の毛細血管リフィル テスト

スペクトルイメージングは、単一のサンプルで複数の蛍光信号を同定および分離するための信頼性の高いソリューションとなり、目的の信号と背景または自己蛍光を容易に区別できます。励起スキャンハイパースペクトルイメージングは、信号対雑音比を同時に増加させながら、必要な画像集録時間を短縮することで、この技術を向上させます。...

蛍光信号を効率的に判別する励起走査察ハイパースペクトルイメージング顕微鏡

このプロトコルの目的は、異なる材料を用いたアート作りに続く自己報告された感情的反応と心拍変動の変化を測定することを目的とした実験を行う研究者を導くことである。プロトコルは、さまざまな動作条件やアクティビティでの使用に簡単に適応できます。...

3つの異なる美術材料によるアートメイキングに続くHRVと感情の変化を調べる

ここでは、超スペクトルイメージングシステムを用いて、発光ハイパースペクトルイメージングデータを取得し、ランタニド系単結晶の光学異方性の特徴を解析するプロトコルを紹介する。...

ランタニド系分子単結晶における光学異方性の研究ツールとしてのハイパースペクトルイメージング

私たちは、単一および複合的な熱、干ばつ、および浸水処理に対する形態学的および生理学的反応を決定するために、画像ベースの表現型決定プロトコルを設計しました。このアプローチにより、プラント全体、特に地上の部品レベルでの早期、遅延、および回復の応答を特定でき、複数のイメージングセンサーを使用する必要性が浮き彫りになりました。...

ジャガイモの単一および複合ストレスに対する形態学的および生理学的応答を決定するためのハイスループット画像ベース表現型

学ぶ ハイパースペクトル反射イメージングとSAMアルゴリズムを用いた絵画分析手法。スペクトル操作により筆致や顔料分布を詳細にマッピングし、文化財保存と芸術研究に貢献します。

ハイパースペクトル反射イメージを適用してパレットと画家の技法を調査する

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