METODIKA PRO VIZUALIZACI VNITŘNÍ STRUKTURY MALÍŘSKÉHO DÍLA

METODIKA PRO VIZUALIZACI VNITŘNÍ STRUKTURY MALÍŘSKÉHO DÍLA S VYUŽITÍM NOVÝCH METOD NA BÁZI RENTGENOVÉHO ZÁŘENÍ Janka Hradilová David Hradil Olga Trmalová Jan Žemlička

Metodika pro vizualizaci vnitřní struktury malířského díla s využitím nových metod na bázi rentgenového záření RNDr. Janka Hradilová Dr. David Hradil Olga Trmalová, akad. mal. a rest. Ing. Jan Žemlička Akademie výtvarných umění v Praze Laboratoř ALMA Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT 2015 Metodika je určena: - restaurátorským ateliérům při vysokých školách, ale i ateliérům v praxi a při dalších výzkumných organizacích v ČR zabývajícím se průzkumem malířských výtvarných děl - muzeím, galeriím a památkovým institucím se sbírkami malířského umění, které provádějí jejich průzkum nebo o jeho zadávání a parametrech rozhodují - umělecko-historickým pracovištím, která provádějí vlastní badatelský výzkum Jména oponentů metodiky: doc. ak. mal. Jaroslav J. Alt Fakulta restaurování Univerzity Pardubice Jiráskova 3, 570 01 Litomyšl ak. mal. Igor Fogaš Moravská galerie v Brně, Restaurátorské oddělení Husova 18, 662 26 Brno Metodika vznikla za podpory projektu NAKI DF12P01OVV048 Nová mobilní zařízení, laboratoř a metodika pro nedestruktivní materiálovou analýzu výtvarného umění v kontextu ochrany kulturního dědictví

OBSAH 1. ÚVOD A CÍLE METODIKY 4 2. SOUČASNÁ PRAXE RESTAURÁTORSKÉHO PRŮZKUMU OPTICKÉ METODY 5 2.1. Fotografie ve viditelném světle a UV luminiscenci 5 2.2. Infračervená fotografie a reflektografie 5 2.3. Zobrazování ve falešných barvách 7 3. SOUČASNÁ PRAXE RESTAURÁTORSKÉHO PRŮZKUMU RADIOGRAFICKÉ METODY 7 3.1. Rentgenografie 7 3.2. Počítačová tomografie (CT) 13 3.3. Odlišení materiálů klasickými rentgenografickými postupy 17 4. APLIKACE NOVÝCH METOD V RADIOGRAFII: VYSOKÉ ROZLIŠENÍ, MATERIÁLOVÁ CITLIVOST A MOBILITA 19 4.1. Testovaná zařízení a zpracování radiogramů 19 4.2. Mikroradiografie využití vysokého rozlišení při interpretaci techniky malby 22 4.3. Energetická (materiálová) citlivost pixelových detektorů možnosti a limity 30 5. VYUŽITÍ ANALYTICKÉ XRF PRO ZOBRAZOVÁNÍ (MA-XRF SKENOVÁNÍ) 32 6. NOVOST POSTUPŮ A UPLATNĚNÍ METODIKY 37 7. SEZNAM SOUVISEJÍCÍ LITERATURY 37 8. SEZNAM PUBLIKACÍ A NEPUBLIKOVANÝCH ZPRÁV PŘEDCHÁZEJÍCÍ METODICE 39 3

1. ÚVOD A CÍLE METODIKY Mezi klasické zobrazovací metody používané v restaurátorském průzkumu a výzkumu malířských děl patří fotografie ve viditelném světle (v přímém pohledu a v bočním razantním světle), fotografie v UV luminiscenci (365 nm), infračervená reflektografie (IRR) a velkoplošná radiografie (XRR). V závislosti na penetrační hloubce použitého záření je lépe v některých případech (zejména u XRR a IRR) hovořit o metodách prozařovacích, pomocí nichž lze studovat vnitřní strukturu díla a techniku malby v přípravných vrstvách. V archivních dokumentacích převažují fotografie pořízené klasickou fotografickou technikou (na negativ), což platí i o rtg. snímcích. V současné době je nicméně trendem zachovat informace do budoucna, a proto se staré obrazové záznamy digitalizují. V elektronické podobě obraz barevně ani mechanicky nedegraduje, což je výhoda proti fotografiím, negativům i tiskům. Navíc je možno jej dále matematicky zpracovávat, což skýtá četné možnosti při komparativním studiu. Z tohoto hlediska je třeba vnímat přetrvávající používání klasických fotografií v dnešní restaurátorské dokumentaci jako přežitek. Digitální zrcadlovky dnes poskytují velmi vysokou kvalitu snímků v rozumné ceně. Dalším, a mnohem podstatnějším trendem posledních let, který zatím restaurátorská praxe v ČR příliš nereflektuje, jsou nová technická řešení, která (vedle pokroku v technice snímání, mobilitě či prostorovém rozlišení) umožňují společné získávání vizuální a analytické informace zároveň, tj. podávají informaci jak o vnitřní struktuře, tak o materiálovém složení díla. S rozvojem takových metod tak fakticky končí tradiční rozlišování průzkumu na restaurátorský (zobrazovacími metodami) a laboratorní-materiálový (analytickými metodami). Klasická infračervená reflektografie (v praxi zastoupená především IR fotoaparáty a vidikonovými kamerami) se díky vývoji vysokorozlišovacích IR skenerů a rozšiřování spektrálního rozsahu potkává s analytickou infračervenou spektroskopií (FTIR) na poli multispektrálního a hyperspektrálního imagingu. Podobný vývoj zaznamenává i rentgenová radiografie, kdy s použitím nových pixelových detektorů Medipix/Timepix lze rozlišovat použité materiály díky jejich energetické citlivosti (ES-XRR). Na druhou stranu, klasické metody pro bodovou analýzu materiálů, např. přenosná rtg. fluorescence (ED-XRF) nebo infračervená spektroskopie (FTIR) rozšířily své možnosti o velkoplošný chemický imaging, a to díky konstrukci velkoformátových skenerů (MA-XRF, MA-FTIR). V druhém plánu tak neinvazivní materiálová analýza nabízí i možnost vizualizace vnitřní struktury díla na základě odlišností ve složení. Tato metodika se zabývá zapojením nově testovaných a nově vyvíjených metod umožňujících zobrazení vnitřní struktury díla do restaurátorského průzkumu, omezuje se však pouze na metody využívající rentgenové záření rtg. radiografii (XRR) a rtg. fluorescenci (XRF). Velmi široká oblast metod využívajících infračervené záření zůstává námětem dalšího systematického výzkumu. Metodika je členěna do tří částí. V té první (kapitoly 2 a 3) je monitorován a zhodnocen současný stav poznání v celém oboru zobrazovacích technik (tj. optických i radiografických) a popsána míra zapojení těchto stávajících možností do praktického restaurátorského průzkumu malířských děl. V druhé části (kapitola 4) je popsáno testování radiografických zařízení s pixelovými detektory nově vyvinutých v rámci projektu NAKI DF12P01OVV048 a zhodnocen jejich přínos pro praktický průzkum techniky malby vyplývající z mimořádného prostorového rozlišení, materiálové citlivosti a mobility. Metodika se přitom zaměřuje na praktické aspekty použití a interpretace spíše než na technické parametry a obsluhu, které jsou detailně obsaženy ve speciálních metodikách vydaných ke každému nově vyvinutému systému. V třetí části (kapitola 5) je metodika doplněna testováním rentgen-fluorescenčního velkoplošného skeneru (MA-XRF), který představuje soudobou špičku v neinvazivních analytických technikách. 4

2. SOUČASNÁ PRAXE RESTAURÁTORSKÉHO PRŮZKUMU OPTICKÉ METODY K popisu stavu a techniky malby se tradičně používají fyzikálně-optické zobrazovací metody. K těm běžným lze řadit fotografii v denním rozptýleném světle v přímém pohledu a v bočním razantním světle, s tím spojenou i makrofotografii detailů či fotografie pořízené stereoskopem pro sledování povrchu malby. Dále se k popisu studovaného díla využívají fotografie či snímky UV luminiscence povrchu malby, infračervená fotografie či reflektografie (Slánský 1956). Rtg. analýza radiografie je speciálním oborem a z hlediska fyzikálního principu již nepatří k optickým metodám. Optika se totiž zabývá jen infračerveným zářením, viditelným světlem a ultrafialovým zářením. Světlo je kombinace příčného postupného vlnění magnetického a elektrického pole, tedy pole elektromagnetického. 2.1. Fotografie ve viditelném světle a UV luminiscenci Světlo viditelné (VIS) zabírá v elektromagnetickém spektru malou část, vlnová délka se pohybuje mezi 380 (400) až 780 (800) nm (1nm = 10-9 m). V dokumentaci průzkumu se obvykle setkáváme s fotografickým záznamem, který popisuje strukturu malby, povrchové zásahy, okem viditelné změny barevnosti, deformace (např. zploštění malby po rentoaláži), charakter krakeláže aj. Ultrafialové záření (UV) je záření v oboru kratších vlnových délek v rozpětí 100-400 nm (315-400 nm UVA, 215-315 nm UVB, 100-215 nm UVC). Látky s UV zářením reagují za vzniku sekundárního viditelného záření charakteristické vlnové délky (luminiscence). Část záření je pohlcena a část zpětně vyzářena. Barevný odstín luminiscence závisí na charakteru směsi (pigment a pojivo). Jako zdroj ultrafialového záření se používají UV lampy se rtuťovými výbojkami. UV záření poškozuje organické materiály, a proto se doporučuje používat ochranné UV filtry. Při dlouhodobém nasvícení dochází k degradaci především organické složky v malbě jak pojiva, tak organických barviv. UV zářením můžeme pozorovat laky různého složení (dle různé barevnosti luminiscence), organická barviva, tmely, retuše a přemalby. Do popředí vystupují poslední povrchové úpravy na studovaném objektu. UV luminiscence se také používá při kontrole tloušťky snímané lakové vrstvy v průběhu restaurování atd. 2.2. Infračervená fotografie a reflektografie Infračervené záření (IČ nebo IR) pokrývá velmi širokou oblast vlnových délek od 780 nm do 1 mm, navazuje na červené světlo viditelného oboru spektra. Denní světlo obsahuje 50% tohoto záření. Infračervený obor spektra se dělí na více podoborů, pro IR reflektografii je nedůležitější tzv. blízká infračervená oblast (NIR) od 780 do 1400 nm, případně i oblast krátkých vlnových délek (SWIR) od 1400 do 3000 nm. Infračervené záření vykazuje větší pronikavost některými hmotami (např. dřevo, laky, papír). Snímky získané IR reflektografií umožnují proto pozorovat autorskou techniku malby, identifikovat vlastní podkresbu, pentimenti i skryté signatury nebo nápisy. Toto záření ale poodhalí spodní vrstvy malby jen tehdy, pokud jsou ty svrchní pro IČ záření transparentní. Prostup záření limituje nejen tloušťka svrchních vrstev, ale i použité materiály jak dokládají nejnovější výzkumy, rozdíly mohou být značné, zejména snímkujeme-li v omezeném rozsahu vlnových délek. (Blažek a kol. 2014) Neviditelnost podkresby tak nemusí nutně znamenat, že chybí. Navíc je u levnějších typů zařízení (např. upravených fotoaparátů) problematické zobrazení červených pigmentů tmavá podkresba se zobrazuje dobře, červená zůstává skryta. V terénní restaurátorské praxi se nejčastěji snímkuje v limitovaném vlnovém rozsahu 700-900 nm. Běžně používanými přístroji jsou např. vidikonové kamery Hamamatsu v kombinaci s červenými výbojkami nebo fotoaparáty s upraveným čipem a filtry pro různé vlnové délky (obr. 1). Speciální 5

kamery nebo infračervené skenery (obr. 2) snímají ve vysokém rozlišení až do 1700 nm. Poslední prototyp multispektrálního VIS-NIR skeneru vyvinutý v italském Národním ústavu optiky (INOA) ve Florencii používá zároveň VIS modul v rozsahu 380-750 nm a IR modul v rozsahu 750-2500 nm. (Fontana a kol. 2014) Obr. 1 IR snímek predely z oltářního triptychu Smrt Panny Marie, Vlašský dvůr Kaple sv. Václava a sv. Ladislava, Kutná Hora, pořízený digitální zrcadlovkou Canon EOS 50 D s filtrem 950 nm (foto J. Blažek); na snímku je velmi dobře patrná podkresba, autorské pentimenti, druhotné zásahy Obr. 2 První prototyp infračerveného skeneru laboratoře MOLAB při výzkumu obrazů vídeňské školy 19. století v Moravské galerii v Brně v roce 2005 (vlevo) a detail z IR snímku obrazu Nářek nad mrtvým Kristem od Agnola Bronzina (vpravo); plošný rozsah VIS-NIR skeneru je 2x2 m (foto J. Hradilová, IR snímek Technologia Artis 2006) 6

2.3. Zobrazování ve falešných barvách V současné době je restaurátory často využíváno zobrazování ve falešných barvách. Snímek v okem neviditelném záření (nejčastěji IČ, ale i UV) je softwarově převeden (např. v grafickém programu Adobe Photoshop) do jedné ze základních barev viditelného spektra a ostatní kanály se posunou. Klasický barevný prostor R-G-B se tak například zamění prostorem IR-R-G. Tímto způsobem lze vizuálně odlišit některé materiály pigmenty v barevné vrstvě. Metoda však nenahrazuje materiálovou analýzu a má celou řadu limitů. Komplikace způsobují vícesložkové systémy (když pigment není čistý, ale míchán s jinými, což je v malířské technice obvyklé) a také typ použitého pojiva, který ovlivňuje výsledný odstín. V IČ záření je navíc problematické zobrazování červených pigmentů, v UV zase modrých. (Buzzegoli a kol. 2009) V umělecko-historickém výzkumu jsou obecně výstupy optických zobrazovacích metod někdy přeceňovány a jsou používány k interpretaci techniky malby bez analýz materiálového složení. Mylné interpretace pak mohou vést k chybám v určení autorství či provenience, které materiálový průzkum následně reviduje. (Bartlová 2014) Neinvazivní získávání informací o materiálovém složení souběžně s průzkumem optickými metodami je v současné praxi v ČR stále spíše výjimkou. 3. SOUČASNÁ PRAXE RESTAURÁTORSKÉHO PRŮZKUMU RADIOGRAFICKÉ METODY Rentgenové záření je forma elektromagnetického záření o krátkých vlnových délkách 10 nanometrů až 1 pikometr. Rentgenové záření prochází analyzovaným materiálem, než je absorbováno a míra absorpce je přímo úměrná hustotě analyzovaného materiálu, resp. atomovému číslu analyzovaného prvku. Je silně pohlcováno těžkými prvky, např. Pb, Hg, Ba. V rentgenové transmisní radiografii dochází tak při průchodu rentgenového záření objektem k útlumu jeho intenzity. Zobrazovací detektor umístěný za objektem zaznamená změny intenzity záření, které jsou pro jednotlivé materiály charakteristické. Kvalita měřených obrazů (radiografií) je určena vlastnostmi detektoru a to především rozlišovací schopností a kontrastem. Rozlišovací schopnost je určena velikostí nejmenšího zachyceného detailu, zatímco kontrast je důležitý pro rozlišení různých materiálů na základě rozdílů jejich hustot ve zkoumaném objektu (tzv. rtg. denzity). Rozlišovací schopnost radiografického systému je dále ovlivněna velikostí vyzařovací skvrny rentgenového zdroje. Kontrast v měřených radiografiích závisí také na expoziční době a na přítomnosti šumu v radiografii. K získání rentgenových snímků (radiogramů) se v praxi restaurátorského průzkumu používají ponejvíce konvenční medicínské přístroje rentgeny (rentgenografie) a lékařské rentgenové výpočetní tomografy (tomografie). (Žemlička a kol. 2015) 3.1. Rentgenografie Rtg. snímky umožňují díky značné penetrační hloubce rentgenového záření odlišit velkoplošné přemalby, odhalit spodní vrstvy malby, pentimenti, určit rozsah druhotných zásahů, charakterizovat podložku. U dřevěných objektů lze efektivně odlišovat originální a druhotně doplněné dřevěné či kovové části (kovové fólie, hřebíky, svorky, hmotu jiného dřeva). Snímky z lékařských rentgenů o rozměrech typicky v řádu desítek cm (i např. 40 x 30 cm) musejí být při snímkování větších objektů následně sesazovány do jednoho celku. (obr. 3) Pokud je snímkováno ještě na klasické filmy, musí všem úpravám předcházet převedení do digitální formy naskenování. Dle zkušeností ale přitom dochází ke ztrátě informací. Velkou praxi s pořizováním tzv. rtg. planfilmů celoplošných snímků obrazů a velkých celých oltářů i jejich digitalizací mají v Itálii. 7

Obr. 3 Rtg. složený snímek, orientační rozdělení snímaných ploch (rtg. snímky Milan Řehoř, úprava rtg. snímků R. Surma) Digitální snímky se upravují v počítačích běžně dostupným softwarem, např. Adobe Photoshop. Existují ale i speciální programy. Ideální pro tyto účely jsou medicínské programy Dicom, se kterými se však dá pracovat pouze v příslušném zdravotnickém zařízení a opět mají svá omezení dané diagnostikou lidského těla. Někdy automatické spojování snímků vykáže chybu v oblastech, kde se na obraze nevyskytují konkrétní zřetelné detaily, například v pozadí, a získaná informace tak může být chybná. V grafických programech lze bezpečně kontrolovat velikost a skutečné rozměry obrazu, které umožní následnou komparaci snímků. Také se dají eliminovat chyby v zobrazení obrazu, např. nejrůznější typy deformací. Jelikož se s nasnímanými detaily pracuje v počítači ve vrstvách samostatně, je možné případně i eliminovat chybné nasnímání rtg. snímku rentgenkou, kdy se někdy podle automatického nastavení přístroje stává, že snímky jsou mírně nevyvážené ve své tonalitě (ve stupnici šedi, obr. 4a). Tato chyba se dá v průběhu sesazování celoplošného snímku také snadno v grafických programech sjednotit (obr. 4b). Vzhledem k objemu zpracovávaných obrazových dat je také třeba mít k dispozici výkonnější počítače, protože při nedostatku paměti či místa na pevném disku není možné ukládat obrazové záznamy v nekomprimovaném formátu (např. *.tif). Pokud je upřednostněn *.jpg formát místo doporučovaného *.tif nebo *.png (v praxi se tak často děje z důvodů neznalosti), dochází ke ztrátě informace a ke komprimaci nasnímaného obrazu, která je ztrátová (tzv. čtverečkování). Vhodnou aplikací pro velkoplošnou rentgenografii jsou závěsné obrazy na všech podložkách, naopak snímkování nástěnných maleb a polychromovaných plastik (na kameni či dřevě) v praxi běžné není. V případě nástěnných maleb je totiž třeba mít k dispozici mobilní radiografické systémy (v ČR jen omezeně dostupné), v případě 3D objektů je zase lepší využít počítačovou tomografii (viz dále). Mobilní rentgeny jsou celkově flexibilnější v nastavení parametrů i snímané oblasti. Pro snímání in situ 8

(nejen rentgenem, ale i optickými metodami) platí, že je třeba získat obraz pokud možno rozměrově nezkreslený a používat kvalitní posuvné rámové stativy. U stacionárních systémů v nemocnicích je přístroj zpravidla pevně nastaven pro potřeby medicínské aplikace, což může být limitující. Obr. 4 Sv. Jan Křtitel, Římskokatolická farnost Boleradice, primárně složený rtg. obraz z 34 snímků, bez úpravy tonality šedi (vlevo) a sjednocené denzitní hodnoty s potlačenou denzitou podrámu (vpravo); potlačení vyšší denzity klínovacích podrámů je důležité proto, aby se restaurátor mohl lépe orientovat v rukopisu malíře a tazích štětce i v těchto místech (i v místě podrámu lze zjistit případné změny v malbě (rtg. snímky Milan Řehoř, úprava rtg. snímků R. Surma) Skládáním jednotlivých snímků vzniká jedna velká fotografie uměleckého díla, která pak může být komparována s výsledky dalších zobrazovacích metod fotografiemi v rozptýleném světle a IR reflektografií. Přesným komparováním snímků vyniknou (v závislosti na prostorovém rozlišení) i drobné rozdíly. Porovnání má samozřejmě klíčový význam zejména tam, kde je originální malba kryta četnými přemalbami (obr. 5), silně znečištěna nebo přelakována. Komparace snímků z různých metod je rovněž důležitá tehdy, mají-li být ztotožněna díla jednoho autora či výtvarného okruhu. 9

a b Obr. 5 J. Burker: Sv. Martin na koni, Římskokatolická farnost Boleradice: přemalba obrazu ve viditelném světle (a) a originální malba od J. Burkera viditelná prakticky jen v rtg. snímku (b); fotogrammetricky upraveno (foto R. Surma, rtg. snímek Milan Řehoř a jeho úprava R. Surma) Standardní rtg. snímky, kdy samozřejmě není možné při rentgenování od sebe oddělit originál a přemalbu, je možné v počítači ve fotografickém programu a při práci ve fotogrammetricky sesazených vrstvách postupně vyčistit. Je možné jednotlivým vrstvám (přemalby a originální malba) přidělit falešné komplementární barvy, které se vzájemně ruší u shodných dat a naopak zdůrazňují rozdíly kompozice mezi originálem a přemalbou (obr. 6). Případně je možné z obrazu odstranit autorské finální pentimenti a ukázat malbu v etapách, jak malíř při nanášení barev a kompozice postupoval. Totéž lze samozřejmě udělat i u přemalby originálu. Takže nakonec na výsledném rtg. snímku zůstane pouze malba originálu a přemalba je počítačově odstraněna na základě principu rozdílnosti denzitních hodnot. Toto je možné pouze u celoplošné dokumentace v dostatečném rozlišení, kdy je možné najednou vnímat jak celkový, tak detailní pohled na umělecké dílo v jeho jednotlivých aspektech. Při práci s rtg. snímky jen z vybraných míst díla může dojít k zavádějícím výsledkům (Surma 2014). Možnosti 3D zobrazování vrstev u planárních objektů maleb přináší rentgenová laminografie, která ovšem není obecněji rozšířena. 10

Obr. 6 Sv. Jan Křtitel, Římskokatolická farnost Boleradice; denzitní překrytí vrstev, stávající přemalba modrá, rtg. snímek žlutá (rtg. snímek M. Řehoř, úprava rtg. snímku R. Surma) Celkově lze shrnout, že v současné době výše popisované možnosti zhotovení velkoplošných rtg. snímků a jejich úprava se využívá mezi restaurátory jen sporadicky. Rtg. snímky se pořizují v nemocnicích jen pro menší umělecká díla a pro snímání objektů větších rozměrů se využívají např. mobilní veterinární rtg. přístroje. Mobilními rentgeny disponují rovněž některé soukromé firmy specializující se dnes i na kulturní dědictví. Snímání jiného typu objektu než lidského těla v konvenčních medicínských radiografických systémech je problematické nebo i zcela neproveditelné; často neposkytuje dostatečně kvalitní výsledky. Běžné rentgeny, dostupné pro restaurátory, mají nedostatečné prostorové rozlišení a kontrast. Další problém nastává pak v omezení rozměrů snímaného objektu a také i v nevhodné energii použitého záření. Obrazové výstupy rtg. snímků různé kvality jsou dokumentovány na obrázku 7. (obr. 7) Dalším limitem je míra znalosti práce v různých grafických programech, která je pro získání náležité informace stejně důležitá jako vlastní snímání. Důležitá je i komerční cena náklady na pořízení snímku, která rozšíření metody do praxe limituje. 11

a b c d Obr. 7 Ukázky rtg. snímků: (a) Pamigianino-dílna-napodobitel (?), malba na desce (foto P. Baláš) Acta Artis Academica 2010; (b) Epitaf Markéty (manželky Jana Ratolda), detail malby na desce (foto J. Šterc) Technologia Artis 2008; (c) Assumpta z Bílé hory, malba na plátně (foto archiv NG v Praze) Technologia Artis 2006; (d) J. B. Lampi starší, malba na plátně (Archiv VUT Brno) Technologia Artis 2006 12

3.2. Počítačová tomografie (CT) Počítačová tomografie je počítačové zobrazení rtg. obrazu trojrozměrného předmětu v různých řezech. Studovaný objekt je zasunut do přístroje, kde kolem něj po kruhové dráze rotuje prstenec složený z rentgenky a detektorů. Svazek rentgenového záření ve tvaru tenkého vějíře prochází studovaným objektem (např. plastikou) a je měřen obloukem detektorů. Toto se opakuje pod různými úhly tak dlouho, dokud se nezíská dostatek informace pro výpočet koeficientů útlumu ve voxelech (objemových analogiích pixelů) odpovídajícího řezu objektu. Vypočte se mapa útlumu v příčném řezu tomogram (řez voxelovým prostorem). Zkoumaný objekt je prozářen postupně z mnoha úhlů v jedné rovině, čímž se zpravidla získá několik set projekcí. Úkolem výkonného počítače, který je nedílnou součástí tomografu, je zrekonstruovat plošný řez vyšetřovaným objektem. Limitem analyzovaných objektů jsou rozměry dané lidským tělem, pro které byly tomografy konstruovány. Počítačová tomografie se používá pro zobrazení vnitřní struktury 3D objektů, což jsou ve výtvarném umění především sochy a polychromované plastiky. Tomografické vyšetření je ale samozřejmě úspěšné i při vizualizaci jiných předmětů kulturního dědictví z různých materiálů (dřevo, kámen, hlína), nejen uměleckých, ale i archeologických a paleontologických. (Mornstein a Caruana 2012, Pečený 2012). Hlavní výhodou tomografické projekce je možnost náhledu dovnitř uzavřeného prostoru bez toho, že by se nějaká část objektu musela oddělit. Z jednotlivých části snímaného objektu lze vytvořit samostatné 3D modely, čímž se nahrazuje klasický rtg. snímek, který je pro tyto modely méně vhodný. Velmi často analyzovanou skupinou jsou polychromované plastiky na dřevě. Z tomogramů (tj. příčných řezů objektem) lze vyčíst stavbu dřevěných částí, u dostatečně silných objektů i nárůst letokruhů, kvalitu dřevní hmoty (napadení dřevokazným hmyzem, houbou nebo jinou její degradaci či poškození). Lze rozlišit různé druhy dřeva, růstové vady dřeva apod. Na obrázku 8 (obr. 8) je zobrazena vnitřní struktura (příčné řezy v několika rovinách) nejstarší románské Madony na našem území. (Hradilová a kol. 2012) Jedná se přitom o zobrazení dosahované konvenčními nemocničními tomografy, které pro některé typy úloh nedostačuje. Například pro neinvazivní určení datace na základě dendrochronologického měření/počítání letokruhů je třeba vyššího prostorového rozlišení. U běžných nemocničních CT se přitom používá matrice 512 x 512 bodů, což odpovídá rozlišení výsledné fotografie jen 72 dpi (Pečený 2012, Mornstein a Caruana 2012). U kamenných plastik lze odlišit doplněné části, praskliny, dutiny, viditelné vady vyplněné tmely jiného složení. Prokreslují se spoje mezi jednotlivými částmi. Lze také dobře rozlišit typ kamene. U kamenných soch z mramoru nebo alabastru je vnitřní struktura jednolitá, u vápenců nebo pískovců vidíme naopak výraznou kresbu kamene. Ve vápencích lze nalézt a identifikovat fosilie (schránky živočichů, ze kterých vápenec vznikal), u pískovců se zvýrazňují železité příměsi. Tomografické zobrazení jakýchkoliv objektů výrazně vykresluje jejich kovové součásti, jako jsou spojovací prvky kovové hřeby, skoby, úchytky aj. Digitální tomografická data spolu s metodou 3D laserového skenování (LORS) lze využít ke zhotovování přesných kopií např. hudebních nástrojů nebo dřevěných plastik pro sakrální účely. Takto byla přímo v expozici Národní galerie v Praze nasnímána středověká plastika Madony z Rouchovan a podle plastického 3D modelu pak byla vytvořena její přesná kopie (obr. 9) při zachování technologického postupu středověké řezby. (Surma a Kostka 2012) 13

Obr. 8 Počítačové tomogramy řezy voxelovým prostorem zobrazující vnitřní strukturu Madony typu Sedes Sapientiae (a, b, c, e, f) ; CT snímky Fakultní nemocnice v Motole (foto J. Lisý), úprava CT. snímků a příprava objektu před snímkováním (foto J. Hradilová) (d) Acta Artis Academica 2012 14

Obr. 9 3D rekonstrukce povrchu sochy sloučením dat z počítačového tomografu (CT) a laseru (foto B. Koska), Acta Artis Academica 2012 Jiný příklad aplikace tomografického 3D zobrazení je uveden na obrázku 10. (obr. 10) Poloprůhledná vizualizace povrchové úpravy sochy zde napomohla k potvrzení, že je plastika Panny Marie s Ježíškem gotickým dílem a není novější kopii. (Pečený 2012, Vosátková a Coufal 2010) Ve vizualizaci povrchové úpravy sochy (obr. 10b) zobrazují červené linie místa s největší absorpcí materiálu (místa s obsahem těžkých prvků). Výrazně se prokresluje zlatý lem modrého pláště, kovové hřeby a zbytková polychromie s obsahem těžkých prvků (např. Pb). Snímky také přinesly informace o dřevěných doplňcích. Zvýraznily se lokální dořezby (obr. 10 c, d), které jsou kvalitou a způsobem řezby diametrálně odlišné od jinak stylově jednotného pojetí díla. Tomografické vyšetření poskytlo poznatky o povrchové úpravě díla (obr. 10 b, c, d) a vnitřní struktuře díla (obr. 10 e), tj. určení, z kolika dílů je plastika sestavena. Nedestruktivní průzkum počítačovou tomografií se v tomto případě prováděl na přístroji firmy General Electric typu Light Speed XTe v zařízení Mediscan Group s.r.o. Další grafická úprava a měření byla zpracováno na postprocessingové stanici Advantage Workstation verze 4.5 taktéž od firmy General Electric. V rámci vyšetření bylo nasnímáno více než 1800 projekcí (snímků) zkoumaného objektu. 15

a b c d e Obr. 10 Polychromovaná plastika Madona s Ježíškem : (a) VIS fotografie před tomografickým vyšetřením (foto J. Coufal); (b) tomografické zobrazení poloprůhledná vizualizace povrchové úpravy sochy (celé dílo včetně podstavce je vytvořeno z jednoho masivu dřeva, kromě rukou Ježíška a hrotů koruny tyto části však byly vytvořeny jako součást původního díla; (c, d) v místech poškození zcela chybí původní polychromie (černé skvrny na snímcích důlky očí (c), chybějící části roušky (d) (plastika byla upravována prohloubením stávající řezby; počítačovou tomografií bylo zjištěno, že poškození je rozsáhlejší, nešetrné zásahy byly prováděny i na jiných místech, než se jevilo při pouhé optické prohlídce); (e) podélný řez hlavy Madony uprostřed je shora vedený kuželový otvor hloubky 50 mm a šířky u ústí cca 17 mm, do kterého je vsazen čtyřboký hranol směrem dolů se mírně zužující, délky 42 mm (tomografické snímky J. Pečený, Mediscan Group s.r.o.) Pro zavádění CT vyšetření uměleckých objektů do restaurátorské praxe je velmi důležitá dostupnost přístroje, a s tím i spojené financování analýzy. Dalším omezujícím faktorem při tomografickém vyšetření v nemocnicích jsou hmotnost a rozměry analyzovaných objektů, protože nemocniční tomografy jsou nastaveny na typické rozměry lidského těla (max. šířka kolem 50 cm/ max. 200 kg). Z hlediska kvality pořizovaných snímků platí, že nejdostupnější nemocniční tomografy dosahují prostorového rozlišení jen cca 400 µm, laboratorní CT na vědeckých pracovištích cca 80 µm a CT instalované na synchrotronech (několik pracovišť v Evropě) až 27 µm. Firmy dodávající vědecké přístroje se dnes výrazněji profilují do aplikací pro kulturní dědictví, a tak i vývoj řady tomografů již počítá se zájmem odborných pracovišť zaměřených na výzkum uměleckých děl. 16

U malých objektů lze s výhodou použít mikrotomografické systémy (mikro-ct), které vynikají mimořádně dobrým prostorovým rozlišením. V ČR je mikrotomograf nejnovější generace (typ GE phoenix), a tedy představující současnou technologickou špičku, zprovozněn ve Středoevropském technologickém institutu CEITEC v Brně. (obr. 11) Měřené objekty tu jsou limitovány rozměry 50 x 80 cm a hmotností 50 kg. V detailu lze však dosáhnout mimořádného prostorového rozlišení až 1-2 µm (!). Obr. 11 Mikro-tomograf (mikro-ct) nové generace, vnější a vnitřní část přístroje http://www.ctlab.cz/vybaveni-laboratore/zarizeni01/#main 3.3. Odlišení materiálů klasickými rentgenografickými postupy Klasická radiografie ani tomografie nepřinášejí spolehlivou informaci o materiálovém složení barevných vrstev malířských výtvarných děl. Na odlišné rtg. absorpční vlastnosti jednotlivých částí objektu (tzv. místa s různou rtg. denzitou) mají kromě složení vliv i další faktory, například tloušťka vrstev. Lze tak sledovat, že se různá tloušťka nanesené polychromie různého stáří projevuje odlišnostmi v intenzitě a odstínu šedé škály. Nicméně, látky těžší, které se výrazně odlišují vysokými rtg. absorpčními vlastnostmi, lze většinou velmi dobře graficky vyčlenit na snímku svítí. Typicky jde o kovové části či doplňky nebo také o vrstvy polychromie s vysokým obsahem těžkých prvků, např. olova. (obr. 12) Jak je patrné z obrázku, konvenční radiografie nemá dostatečné rozlišení, aby bylo možné odlišit jednotlivé barevné vrstvy lze jen konstatovat, že daná socha je pokrytá vrstvou rentgenkontrastního materiálu, orientačně lze změřit jeho celkovou tloušťku. Nelze ale bez dalších analýz prokázat, který pigment konkrétně nápadný kontrast způsobuje podobně se projevuje olovnatá a barytová běloba, v barevných částech polychromie mohou být dalšími pigmenty s obsahem těžkých prvků, například minium nebo rumělka. Zatím nejpokročilejší tomografy současnosti umožňují odlišnosti rtg. denzity převést do barevné škály a barevně odlišit na výsledném snímku. (obr. 13) V uvedeném případě alabastrové sošky Madony jsou tak zvýrazněny nejen kovové doplňky (závěs), ale především různé pozdější úpravy přemalby a tmely. Jde o další důkaz toho, že společné získávání obrazových a materiálových dat je soudobým dynamicky se rozvíjejícím trendem v oboru neinvazivních zobrazovacích technik. 17

Obr. 12 Bílý lem v řezu plastiky, kde všechny vrstvy malby (na obrázku jednolitá světlá vrstva) dosahují tloušťky 3,6 mm (tomografický snímek J. Pečený, Mediscan Group s.r.o.) a b Obr. 13 Editované snímky (a, b) Madony s dítětem, polychromie na kameni (alabastru), detaily zadní a přední strany s tmely a přemalbami (bílá až oranžová), závěs: zvýrazněné kovové oko a lůžko, ukotvení hlavy Ježíška kovovým hřebem (modrá); 3 D rekonstrukce-detail; (snímal a zpracoval T. Zikmund a J. Kaiser, VUT v Brně, CEITEC, Laboratoř rentgenové mikro- a nano-tomografie), Acta Artis Academica 2014 a Archiv I. Fogaš. (Fogaš a kol. 2014) 18

4. APLIKACE NOVÝCH METOD V RADIOGRAFII: VYSOKÉ ROZLIŠENÍ, MATERIÁLOVÁ CITLIVOST A MOBILITA V rámci projektu NAKI DF12P01OVV048 byly vyvinuty přístroje a metody pro (i) vysokorozlišovací transmisní radiografii, (ii) materiálově-citlivou radiografii a (iii) plošný rtg. fluorescenční imaging. Technickému řešení každého z těchto nově vyvinutých systémů je věnována samostatná metodika. V rámci této metodiky jsou tyto nově vyvinuté systémy aplikovány do praxe v návaznosti na současný stav monitorovaný a diskutovaný v předchozích kapitolách. Speciální důraz je přitom kladen na interpretaci techniky malby v porovnání stávajících a nových postupů. 4.1. Testovaná zařízení a zpracování radiogramů Klasická rentgenová transmisní radiografie využívá detektory založené na technologii CCD nebo FlatPanel. Cílem našeho výzkumu a vývoje bylo využít v aplikacích pro kulturní dědictví detektory pixelové vyvinuté v rámci konsorcia Medipix, které registrují intenzitu prošlého záření počítáním jednotlivých fotonů rentgenového záření (single photon counting) a nikoli sumací deponovaného náboje. Použitím výhodných vlastností těchto detektorů je možné zvýšit kvalitu zobrazení jak v oblasti základních charakteristik (nepřítomnost vyčítacího šumu, neomezený kontrast), tak i v oblasti prostorového rozlišení (velikost obrazového bodu detektoru je 55 µm). Byly testovány dva experimentální stacionární radiografické systémy vybavené pixelovými detektory Medipix/Timepix s různými konfiguracemi velkoplošného detektoru WidePIX. Použité laboratorní systémy jsou vybaveny rentgenovou trubicí s velikostí vyzařovacího bodu 5 µm a méně (tzv. mikro- a nano-fokus) a precizním polohovacím systémem s přesností opakovatelnosti pozic menší než 100 µm. První z experimentálních systémů je umístěn na Ústavu technické a experimentální fyziky (ÚTEF) ČVUT v Praze (pracoviště spoluřešitele projektu NAKI), je vybaven rentgenkou typu mikrofokus od firmy Hamamatsu (velikost vyzařovacího bodu je 5 µm) a velkoplošným detektorem WidePIX10 5 s aktivní plochou 14,30 7,15 cm 2. Pro měření radiografií obrazů je však tento systém limitován rozměry stínícího kabinetu, ve kterém je umístěn. Objekty s rozměry většími než 50 50 cm nejsou vhodné, je možno snímat jen vybrané části. Druhý experimentální systém, testovaný v rámci projektu, je umístěn v laboratoři Centra Excelence v Telči, a je vybaven rentgenkou typu nanofokus (velikost vyzařovací skvrny 1 µm) a unikátním bezšumovým pixelovým detektorem WidePIX10x10. Zde je možné snímat i větší objekty s rozměry přesahujícími 1m. K upevnění obrazu jsou uzpůsobeny držáky a posuvné opěrné systémy. V obou systémech pracují precizní polohovací zařízení, která nahrazují složité konstrukce posuvných rámových stativů a která jsou důležitá pro přesné zaměření analyzovaných objektů. Výsledkem testování byl i vývoj a výstavba dalších zařízení nového stacionárního systému speciálně určeného pro malířská výtvarná díla s celou řadou vylepšení v oblasti stínění, velikosti měřicí komory, polohovacího systému apod. (v současné době v přípravě na poloprovozní zátěž v laboratoři ALMA, Akademie výtvarných umění v Praze) a především unikátní mobilní zařízení pro radiografické snímkování objektů in situ. I když je prostorové rozlišení vzhledem k použití přenosných typů rentgenek horší než u stacionárních systémů (cca 15-55 µm), je výrazně lepší než u stávajících komerčně dostupných zařízení. Aktivní plocha detektoru je značně menší než rozměry snímaných obrazových objektů, proto je každé měření prováděno po částech, samostatně nasnímané dlaždice se pak digitálně skládají (stejně jako u současných radiografických systémů). (obr. 14) Pro účely přesného sesazení je třeba, aby se nasnímané dlaždice na okrajích překrývaly (alespoň v šířce 20 pixelů). 19

Obr. 14 Složení jednotlivých naměřených dlaždic s dobře viditelnými překryvy, které jsou následně použity pro přesné složení výsledné radiografie; obraz je stranově obrácen, bez korekcí rámu a před další grafickou úpravou (obraz Černohorka, 22 28 cm, olejomalba na plátně z 19. století, snímáno v laboratorním radiografickém systému ÚTEF ČVUT detektorem WidePIX10 5 při malém zvětšení 1,1, urychlovací napětí 60 kv, výkon 8 W a expoziční časy 120 s (foto rtg. snímku J. Žemlička) Digitální úprava surových obrazových dat se provádí na výkonných počítačích obdobně jako u současných radiografických systémů. Kromě přesného sesazení dlaždic jde např. o úpravu tonality (odstranění efektu podrámů), a komparační skládaní rentgenogramů a fotografií pořízených optickými metodami. Na obrázku 15a je možné vidět upravený rtg. velkoplošný snímek i s korekcí podložního rámu, který vznikl složením 12 dlaždic. (obr. 15a) Už na první pohled můžeme konstatovat, že pod malbou Černohorky se prokresluje další starší malba. Pro lepší vizualizaci byl rtg. snímek přeložen digitálně upravenou fotografií zobrazující svrchní malbu s námětem Černohorky v červeném zabarvení. (obr. 15b) Další ukázka možného zobrazení je zprůhlednění (40%) fotografie ve viditelném světle na pozadí rtg. snímku. (obr. 15c) Na základě dobře čitelného kontrastu (rozdílu v rtg. denzitách) je možné říci, že pozadí malby obsahuje pigment s obsahem těžkého kovu. Protože jde o malbu z 19. století, nelze rozhodnout, zda malba pozadí obsahuje olovnatou nebo barytovou bělobou, případně obě. 20

J. Hradilová a kol. Vizualizace vnitřní struktury malířského díla rtg. metodami a c b d Obr. 15 Porovnání rtg. snímku a fotografie ve viditelném světle (VIS) a jejich úpravy (a) rtg. snímek; (b) rtg. snímek a fotografie (převedena do červené); (c) zprůhlednění fotografie na pozadí rtg. snímku; (d) fotografie ve viditelném světle (foto rtg. snímku J. Žemlička a VIS snímku J. Hradilová) 21

4.2. Mikroradiografie využití vysokého rozlišení při interpretaci techniky malby V následující kapitole budou představeny vybrané ukázky interpretací rentgenogramů nasnímaných ve vysokém rozlišení. Pro účely testování byly restaurátorem připraveny nové malby i technologické kopie imitující malířskou techniku různých období. Následně byly měřeny i reálné malby. Kapitola se zaměřuje na praktické informace pro vlastní průzkum. Byla prokázána vysoká kvalita nasnímaných zobrazení. Při snímání a testování technologických kopií (obr. 16, 17) bylo možné rozečíst jednotlivé vrstvy malby (v závislosti na použitém pigmentu nebo směsi pigmentů). Z rentgenogramů je možné definovat styl malby, tahy štětce, rozdíly v zrnitosti pigmentů a další prvky detailní struktury malby, četné speciální znaky (např. vyškrabování do plátna), případně i posoudit čerstvost malby, detailně číst krakeláž (netýká se nově připravených technologických kopií). Příklad malby současného umění 21. století Na obrázku 16a (obr. 16a) je prezentována malba 21. století na kupovaném našepsovaném plátně s podkresbou tužkou, podmalbou reliéfní struktury akrylovým gelem a s konečnou olejovou malbou. V detailu je patrné jemně tkané plátno. Závěrečná malba olejovými barvami z tuby technikou alla prima se prokreslila a zvýraznila v rtg. snímku (obr. 16b). Malba je v současné době bez krakel a defektů. Z kontrastů na rtg. snímku lze usoudit, že materiály bez rentgen-kontrastních látek byly použity na podmalbu reliéfní struktury (průhledný akrylový gel) a tmavou podmalbu akrylovými barvami, které jsou výrobcem označovány jako umbra pálená (zn. Talens) a Marsova čerň (zn. Liquitex). Protože však s ohledem na nízký rtg. kontrast železo ani jiný těžký prvek zjevně neobsahují, jedná se pravděpodobně jen o syntetické organické náhražky odstínů deklarovaných pigmentů. Také nebyla prokreslena reliéfní struktura průhledného akrylového gelu, zobrazily se jen rýhy ostrým předmětem. V malbě olejovými barvami naopak většinou nádherně vynikly tahy štětce a to i ty, které ve fotografii při razantním osvětlení není možné zřetelně vidět (např. ve světle zeleném pozadí). Lze zde také jednoznačně odlišit materiály (pigmenty a gely) s různou rtg. denzitou. Je zjevné, že byly použity také anorganické pigmenty. Příklad technologické kopie malby 17. století Na malbu bylo použito běžné lněné plátno dostupné v prodeji. Při výstavbě obrazu byla dodržována technologie malby holandského zátiší. Pigmenty byly zvoleny podle originální malby obrazu Ovocný feston, olej na plátně, od Nicholaese van Geldera (obr. 17a). Ve spodní světlé podkladové vrstvě byla kromě plavené křídy použita i olovnatá běloba a hlinky. V šedém podkladovém dvojvrství byla také použitá olovnatá běloba. V detailu velkoplošného rtg. snímku (obr. 17b) lze pozorovat drobná kontrastní zrna nebo shluky zrn pigmentů, a to jak ve světlých, tak šedých podkladových vrstvách. Pravděpodobně jde o nedokonale třený pigment, kdy nedošlo k plnému propojení pigmentu s olejem, a některá zrna zůstala ve shlucích. I tento drobný detail dokládá nápodobu dobové techniky malby, protože, po vzoru starých mistrů, i zde byly práškové pigmenty (nakoupené zvláště k tomuto účelu od firmy Kremer Pigmente) vlastnoručně namíchány s pojivy, nebyly použity komerční barvy prodávané v tubách. Drobné nedokonalosti v namíchání jsou proto běžné. V radiogramu se také dobře zobrazily tahy štětce při nanášení podkladových vrstev v podélném i příčném směru. Světlé i šedé podkladové vrstvy obsahují rtg. kontrastní olovnatou bělobu, svrchní šedé souvrství jí obsahuje více než spodní světlý podklad. V podmalbě byla použita olovnatá běloba s uhlíkatou černí, čerň je však v rtg. snímku bez odezvy. Viditelná je malba s olovnato-cíničitou žlutí a olovnatou bělobou ve světlech. Lazurní malba červených odstínů se 22

prokresluje lehce, výraznější jsou jen tahy s použitím rumělky, případně olovnaté běloby. Malba je zatím bez krakeláže, která se prokreslí teprve časem. Obr. 16 Technologická kopie moderní malby 21. století, 35 x 40 cm, s názvem Art director, akrylové gely v kombinaci s olejem na plátně (vlevo nahoře) a výřezy z rtg. snímku; zvýrazněny jsou tahy štětce a drobné nuance v nanášení pasty s moderními pigmenty, malba je bez krakel a defektů; zobrazilo se rýhování ostrým předmětem, patrná je jemná struktura plátna; výrazné kontrasty (odlišnosti v rtg. denzitě) také znamenají, že nebyly použity jen syntetické organické látky (typické pro soudobou malbu), ale i moderní anorganické pigmenty s obsahem těžších prvků (technologická kopie Tomáš Tichý, foto rtg. J. Žemlička a foto VIS snimku J. Hradilová) 23

a b Obr. 17 Detail (29,5 x 17 cm) z technologické studie malby Ovocný feston ze 17. století, olej na plátně (a) a detail z vysokorozlišovací radiografie (b); zleva doprava: plátno, podklad, izolace na podkladu, šedý dvojvrstvý podklad, podkresba tuhou, podmalba, malba a lak; v radiogramu se zobrazily tahy štětce při nanášení podkladových vrstev jak v podélném, tak v příčném směru; v podkladových vrstvách vystupují drobná kontrastní zrna pigmentu s obsahem těžkého prvku; malba je bez krakel, kresba tuhou se v rtg. snímku nezobrazila (foto VIS J. Hradilová, rtg. J. Žemlička) 24

Příklad reálné malby, obraz Černohorka, 19. století Na tomto příkladu demonstrujeme unikátní možnosti rentgenogramů pořízených novými systémy ve vysokém rozlišení, a to především zvětšování a pořizování detailních výřezů bez ztráty obrazové kvality. Olejomalba na plátně s názvem Černohorka (19. století) byla nasnímána v rozlišení 4 450 5 600 pixelů. Z originálního snímku byly pak v běžném grafickém programu (Adobe Photoshop) vyříznuty detaily potřebné ke komparační analýze. V tomto případě byly výřezy porovnávány se snímky ve viditelném světle pořízenými stereoskopem Leica S8APO Stereozoom s digitální kamerou AxioCam MRc Rev.3 (obr. 18, 19). Pro srovnání bylo do obrázků vloženo měřítko. Při komparaci fotografie ze stereoskopu a výřezu rtg. snímku v adekvátní velikosti (obr. 19) lze konstatovat, že se díváme na síť velmi tenkých krakel až vlasové tloušťky, přitom vykreslených velmi ostře. Na rentgenogramu snímaném běžným medicínským systémem by přitom nebyly vůbec patrné. Můžeme sledovat malbu pastózní ve světlech, různé tahy štětcem (způsob malby). Pod levým okem je na obr. 18 vidět poškození spodní malby (tmavé skvrny) vypadnutí spodních podkladových vrstev. Pravou část tváře s vlasy dívky prokresluje jiný objekt spodního obrazu. Obr. 18 Detail radiografie obrazu Černohorka ve srovnání s obrázkem ze stereoskopu, velikost bílého měřítka 2 mm (foto rtg. J. Žemlička a VIS stereoskop, digitální kamera AxioCam MRc Rev.3, J. Hradilová) 25

Obr. 19 Detail radiografie obrazu Černohorka ve srovnání s obrázkem ze stereoskopu, velikost měřítka 2 mm; lze studovat strukturu plátěné podložky a drobné detaily v malbě, např. prokreslení ucpaných krakel spodní malby (foto rtg. J. Žemlička a VIS stereoskop J. Hradilová) Příklad reálné malby, protějškové obrazy ze zámecké kaple ve Vizovicích Ve srovnání s předchozím příkladem byly protějškové obrazy stejných rozměrů (64 92 cm) z kaple vizovického zámku (majetek NPÚ, ÚPS v Kroměříži) nasnímány s ještě větším prostorovým rozlišením, a to 13 200 x 19 300 pixelů (detektor WidePIX10 10, rentgenka typu nanofokus s velikostí vyzařovací skvrny 1 µm). Velkoplošný snímek byl pak složen z 54 dlaždic. Oba obrazy Obraz Nanebevzetí Panny Marie (obr. 20, 21) a druhý protějškový obraz Proměnění Páně na hoře (obr. 22, 23) byly původně datovány do 18. století. V průběhu restaurování však vyvstalo podezření, že se nejedná o obrazy protějškové. Samotná interpretace velkoplošných rtg. snímků poodhalila dva zcela odlišné způsoby malby. Toto zjištění bylo podpořeno podrobným materiálovým průzkumem, a to jak neinvazivními analytickými metodami (mobilní rtg. fluorescence), tak šetrným odběrem mikrovzorků (Žemlička a kol. 2014, Hradilová a kol. 2014). Obraz Proměnění Páně na hoře, oproti svému protějšku, není tak přemalován (s výjimkou celého pozadí, což je patrné v krakeláži) a obraz nebyl ani výrazně poničen. Na rentgenogramu jsou krásně viditelné tahy štětce, především v drobných detailech malby. Rentgenogram prokázal také zamalované postavy při levém okraji rámu. Obě malby jsou namalované na dvě naprosto odlišná plátna (Hradilová a kol., 2014). Průzkumem bylo dále zjištěno, že obraz Nanebevzetí Panny Marie může pocházet ze 17. století a následná oprava Mariina šatu pochází z 18. století, čemuž i odpovídá styl malby. Přemalba byla pravděpodobně vytvořena zručným malířem. 26

Obr. 20 Detail z obrazu Nanebevzetí Panny Marie proložený zprůhledněným detailem vyříznutým z velkoplošného rtg. snímku (nahoře) a detail z velkoplošného rtg. snímku samostatně (dole); ve snímku lze vyčíst poškození malby a její plátěné podložky; druhotné přemalby tváře Panny Marie a její svatozáře s jasnou krakeláží, která se při zvětšování snímku výrazně prokresluje viz obr. 21 (foto O.Trmalová, rtg. snímek J. Žemlička) 27

Obr. 21 Detail z obrazu Nanebevzetí Panny Marie vyříznutý z velkoplošného rtg. snímku; druhotné přemalby tváře Panny Marie s prokreslenou krakeláží, zvýraznění nití plátěné podložky (rtg. snímek J. Žemlička) Závěrem lze shrnout, že nová metoda vysokorozlišovací rentgenové transmisní radiografie přináší technické výhody zejména díky zvýšené citlivosti pixelového detektoru, neomezenému kontrastu a především vysokému prostorovému rozlišení. Díky tomu jsou velkoplošné rentgenogramy velmi kvalitní, lze z nich získávat detaily bez ztráty obrazové kvality a hodí se tedy ke studiu techniky malby v celku i detailech, a to pro malířská díla na všech typech podložek. Typicky je metoda vhodná pro komplikované malby s množstvím přemaleb, které lze ve vysokém rozlišení lépe odlišit. Dále se hodí k detailnímu studiu defektů, druhotných zásahů a mechanických poškození, zachytí i drobné detaily, znaky stárnutí a degradační změny materiálů. Nově přináší detailní pohled na krakeláž a strukturu malby a hodí se proto k zobrazení specifických znaků techniky malby vlastních určitému autorovi nebo okruhu autorů. Díky kontrastnějšímu zobrazení přináší nová metoda přesnější informace o odlišnostech v materiálovém složení a také o charakteru podložky. Měla by být zařazována jako screeningová metoda předcházející eventuálním odběrům vzorků, protože může jakékoliv zásahy do díla významně limitovat a zefektivnit. 28

Obr. 22 Detail z obrazu Proměnění Páně na hoře (vlevo) a stejný detail vyříznutý z velkoplošného rtg. snímku (vpravo) (foto O. Trmalová, rtg. snímek J. Žemlička) Obr. 23 Radiografie obrazu Proměnění Páně na hoře, olej na velmi jemném plátně, detail, a VIS obrázek ze stereoskopu (vpravo, velikost černého měřítka 2 mm); z detailu z vyříznutého velkoplošného snímku a v porovnání se snímkem ze stereoskopu můžeme vidět velmi subtilní malbu a strukturu plátěné podložky (rtg. snímek J. Žemlička a stereoskop J. Hradilová) 29

4.3. Energetická (materiálová) citlivost pixelových detektorů možnosti a limity Jak bylo řečeno výše, odlišnosti v materiálovém složení mohou být radiografickými technikami vykresleny jen velmi přibližně na základě rozdílů v rtg. denzitách, tedy rozdílné absorpci rtg. záření těžšími a lehčími materiály. Na rtg. denzitu má však vliv také tloušťka vrstvy. K přesnému mapování materiálových odlišností je tedy třeba znát (a zohlednit) tloušťku vrstev. Naopak pokud je materiálové složení známo (například nezávislým měřením analytickými metodami), lze po náležité kalibraci odhadovat tloušťky vrstev. Zobrazení odlišných materiálů může ovšem být při použití pixelových detektorů významně vylepšeno, a to díky jejich energetické citlivosti. Energetické rozlišení je však stále horší než u analytických metod (např. mobilní rtg. fluorescence), a proto je tato metoda nemůže zcela nahradit. I když transmisní obrázky prezentované v předchozí kapitole vykazují vysoký kontrast a vysoké prostorové rozlišení, některé zajímavé struktury se stále překrývají. Jak vyplývá z našeho testování, k jejich odlišení je možné využít energetické citlivosti pixelových detektorů tzv. energeticky citlivou transmisní rtg. radiografii (ES-XRR). Pro testování metody ES-XRR s novými typy zařízení jsme nejprve používali jednoduché sady vzájemně se překrývajících kovových fólií, kde vzájemné odlišování materiálů funguje velmi dobře. Energetické spektrum bylo získáváno v každém pixelu, abychom získali kompletní identifikaci materiálu na všech místech. Široce definované energetické intervaly (např. 4-8 kev, 10-15 kev a 20-30 kev) pak mohou být do výsledného snímku zakomponovány pomocí falešných barev v RGB kódování. Obdobný přístup lze aplikovat i na komplikované systémy, jako jsou malby, kde lze pomocí tohoto vícekanálového zobrazování zvýraznit skryté struktury, a to i v detailu, jak ukazuje obrázek 24. (obr. 24) Jedná se o ukázku složité malby obrazu od Allesandra Varotariho Umučení Krista ze státního zámku Vizovice (majetek NPÚ, ÚPS v Kroměříži). Již ze samotného rentgenogramu je evidentní, že pod malbou Krista se skrývají zbytky útržkovité jiné malby (Hradilová a kol. 2015). Překryvy svrchní malby s reliktní spodní malbou zobrazuje skica. Energeticky citlivý záznam byl zde získán detektorem Timepix a využívá rozdílů mezi obrazy naměřenými v několika energetických intervalech. Vizualizuje tak důležité informace na základě útlumu v různých energetických kanálech daných v tomto konkrétním případě šesti prahovými hodnotami energie s krokem 5 kev (4, 9, 14, 19, 24 a 29 kev). Výsledný pseudo-barevný obraz používá tři normalizované energetické kanály jako standardní RGB kanály. Kumulativně jsou tak zobrazeny tři dominantní skupiny materiálů lehké materiály plátna a organických izolací (červená), mírně absorbující pigmenty (modrá) a silně absorbující pigmenty s obsahem těžkých prvků (žlutá). Jas příslušné barvy představuje tloušťku vrstvy s daným pigmentem. Z porovnání radiogramu ve vysokém rozlišení a energeticky citlivého radiogramu dané oblasti pak vyplývá, že skrytá struktura starší malby identifikovaná v oblasti Kristovy tváře je reálná a kontury skutečně oddělují plochy různého složení. Efekt tloušťky vrstev je přitom zohledněn. Pixelové detektory jsou rovněž vhodné pro rentgen-fluorescenční zobrazování, kterému je věnována samostatná metodika. Výhodou nově zkonstruovaného systému pro prvkový imaging je jeho mobilita, i zde je však třeba počítat s horším energetickým rozlišením detektoru. Především kvůli tomu nelze rentgen-fluorescenční prvkový imaging bez nutnosti skenování využívající pixelové detektory považovat jako samostatnou zobrazovací techniku. Kalibraci prvkových map pomocí této techniky je vždy třeba provádět opěrným měřením bodovou analytickou rtg. fluorescencí (mobilní XRF) v rámci metodiky pro tuto analytickou techniku je proto i rentgen-fluorescenční zobrazování (plošná XRF) zmiňována. 30