最新のテクノロジーを使用した失われたテキストの復元。鉄

まず、いくつかのニュース。



覚えているかもしれませんが、2018年に、Auschwitz-Birkenauの3番目の火葬場の近くで80年代に見つかった記事「HowWe Managed to ReadtheManuscript」を公開しました。新しい新聞で私とのインタビューを読むこともできます。







共同作業の後、新しい情報によりビルケナウ博物館自体と歴史家が移動しました。 PavelPolyanが初めてTheScrolls from theAshesをドイツ語で公開しました。 



2020年1月、歴史的な友人であるフランクフルトのアンドレアスキリアンから、オーシュヴィッツビルケナウミュージアムショップへのリンクが記載された手紙が届きました。



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ロシアでは、第二次世界大戦で亡くなった兵士の記憶を探し、永続させるための大規模な分散型運動があります。捜索チームは全国に散らばっており、胸のメダリオンを開けることができず、取り返しのつかないほど破壊するため、お互いに誓うことがよくあります。しかし、何とか展開するものは、読みやすいとは言えません。同じ状況は、親戚の手紙や回想録、私たちの国の地域のアーカイブにある大量の甘やかされて育った資料にも当てはまります。一見甘やかされているように見える他の多くの文書は、読む可能性が非常に高いです。 Googleを通じて私にもたらされた既存の法医学文献は非常に時代遅れです。ドストエフスキー、チェホフの手紙の再構築に関するロシアの出版物を見た後、州のアーカイブ担当者と話しました。欧米の同僚の出版物や経験を研究した後、機関、民間企業、現代の技術のこの教育的な概要を準備することが決定されました（または今では次のように言うのが流行しています：あなたの曽祖父から受け継いだ読めない手紙のためのトップ10の特徴）。



この資料は、文化遺産研究のクラスに属しており、過去15年間に入手可能な科学出版物、および私の経験と分析から編集されています。



この出版物では、複合体からアクセス可能なものに移行し、次のより実用的な出版物では、アルゴリズムとソフトウェアについて説明します。

1. X線マイクロトモグラフィー
2. X線位相コントラストイメージング
3. X線蛍光イメージング
4. 光コヒーレンストモグラフィー
5. テラヘルツイメージング
6. 赤外線サーモグラフィー
7. ラマン分光法（RAMANイメージング）
8. マルチスペクトルイメージング
9. 技術の選択。

1.X線マイクロトモグラフィー

カーディフ大学（英国）



博物館のアーキビストが関心を持つ標準的なケースについて説明します。古い、未踏の、非常に興味深いもの。たとえば、ノーフォーク（英国）のDissHeywoodエステートからの16世紀の司法スクロールは問題なく機能します。悲しい過去からの何らかの理由で、それは火によって燃やされ、それを浸して広げようとすると、インクと媒体自体の両方を破壊する可能性があります。焼けた部分の鉄インク（おそらくそうです）は完全に読めません。さらに、巻物にはすすやその他の付着した破片があります。理論的には、不動産の生活、土地取引、平和違反、罰金の支払い、裁判官の名前、その他の官僚に関する情報が含まれている必要があります。それからのデータは、人口統計学、作物収量および歴史自体を研究するために使用することができます。あなたが見ていなければ、Uターンの背後にあるものを誰が知っていますか？そして、結果なしにそれを展開することは、事実上のみ可能です。 





バーチャルコピーを削除するための機器として、X線断層撮影装置を使用しました。科学者は現在の日付で無料であるか、一般に利用可能なものに取り組んでいるので、私は今もテキストでもモデルの名前には立ち入りません。さらに、非常に多くの設定、追加のデバイス、手動のキャリブレーション、および測定が行われるため、この手順は実験ごとに異なります。時間が迫られているため、科学者は解決を犠牲にして実験をスピードアップすることを余儀なくされていることが起こります。





スクロールには、内部に複雑なオーバーレイがないはずです。したがって、その内部配向を分析する問題の解決を回避することが可能です。これは最初のスキャンで確認されました。





断層撮影セクションの1つ



原則として、X線断層撮影画像の羊皮紙と空気の密度の違いは非常に重要です。したがって、コンテンツを取得する処理は、しきい値フィルター（2値化）を使用して自動セグメンテーションを実行することから始まります。しかし、手動で調整する必要のある部品や穴がくっついている場所が多いため、これは問題の半分です。





レイヤー分離アルゴリズムのデモンストレーション



ドキュメント全体の羊皮紙の平均厚さを想定することで、マージされた領域を可能な限り均等に複数のレイヤーに分割できます。



最初の分析では、Diss Haywoodの巻物は、4枚のしっかりと巻かれたシートで構成されており、それぞれの両面にテキストが付いていることがわかりました。セグメンテーションエラーのために目的のレイヤーを見逃すと、テキストが崩れます。 



驚いたことに、このプロセスはほぼ完全に自動化されていました。深刻な損傷のため、手動修正には8044スライスのうち15スライスしか必要ありませんでした。



セグメンテーションアルゴリズム自体は最適ではありませんでした（研究者は不気味なたわごとコードを書いています、そしてmatlabでも）、1スライスに4分かかりました！したがって、スクロール全体をセグメント化するのに約3週間かかりました。ただし、他の研究と比較して、3週間で8000回のうち15回修正することは依然として非常に優れています。 



これは、仮想展開がどのように見えるかです。 





私自身で追加します。理想的には、仮想的に展開されたコピーのテキストをクリックすると、セグメンテーションの深さをローカルで調整できるようなソフトウェアが必要です。次に、最も読みやすい分離境界を選択する機会があります。これはより徹底的な手順であり、翻訳者自身に渡す必要があります。この段階で科学者の仕事を完了する必要があります。



驚くべき結果にもかかわらず、それは羊皮紙とインクの間の既存のコントラストを強調することに基づいています。原稿に黒いくぼみが見られます。これらは、X線で素材のコントラストを強調できなかった領域です。しかし、サンプルが完全に焦げている場合はどうなりますか？

2.位相コントラストのあるX線トモグラフィー

学校から、西暦79年に起こったベスビウスの噴火について知っています。カール・ブリュロフの絵「ポンペイの最後の日」を覚えている人がいます。この大惨事の結果、ローマの都市、特にポンペイとエルクラネウムが破壊されました。火山性物質の厚い層の下に埋葬することは、何百年もの間これらの場所のある種の保護を生み出しました。今日、この場所は古代ギリシャローマ文化の学生にとって絶対に素晴らしい機会になっています。



1752年にパピルスの巻物が最初に発見された後、巨大な別荘の小さな部屋で図書館全体が発見されました。そこには何百もの手書きの焦げた巻物があり、棚に注意深く保管されていました。主にエピキュリアンの哲学的テキストからなるこの豊富な本のコレクションは、ユニークな文化的宝物です。これは、その本と一緒に保存されている唯一の古代の図書館です！



これらの半分焦げた巻物を展開するために何回の試みがなされました！これらすべてが彼らの回復不能な損失につながりました。将来の偉大な精神を期待して、彼らの身体的完全性を維持することが決定されました。



過去20年間で、Herculaneumのテキストを読むことにおいて大きな進歩がありました。両眼顕微鏡とマルチスペクトルイメージング（これについては以下で説明します）を使用することで、これらのテキストの読みやすさが大幅に向上しました。残念ながら、これらの方法は折りたたまれたままのテキストには適用できず、一般的にはバーベキューからの石炭の塊に似ています。





前述のように、X線コンピューター断層撮影では、コントラスト抽出メカニズムはX線放射の吸収に基づいています。この方法は、吸収性の高い材料と吸収性の低い材料（骨や肉）を区別するのに特に効果的です。



昔、パピリは煤から得られた炭素ベースのインクで書かれていました。その密度は焦げたパピルス自体の密度とほぼ同じです。何年もの間、テキストの分離に必要なコントラストを見つけることができなかったのは、これらの物理的特性の近さでした。 



同様の未燃の原稿を調べた後、研究者たちは、塗布されたインクがパピルスに浸透しなかったと結論付けました。これは、それらが材料の上に適用されることを意味します。位相コントラストを使用すると、この違いを正確に見つけることができるため、この事実が実験にとって決定的であることが判明しました。材料の厚さが異なると、屈折率も異なります（X線の位相シフト）。パピルスの上のインクの高さは約100ミクロンです。十分に読める文字を分離することを初めて可能にしたのはこの技術でした。 



イギリスの巻物とは異なり、このパピルスは内層をほどくのが非常に困難です。複雑な表面のためにセグメンテーションアルゴリズムは役に立たないからです。テキストの連続セクションは、ほとんどすべての場合に手動で識別されました。 





この画期的な研究は、多くのパピリだけでなく、まだ発見されていない人々にも新しい展望を開きます。おそらく、より深い火山岩の下に別の図書館があります！

3.X線蛍光イメージング

スタンフォード研究所。（USA）



palimpsestsについて何か聞いたことがありますか？情報が媒体自体よりもはるかに安価であった文書。不要なテキストは削り取られ、漂白され、新しいものと重なる可能性があります。 



ペルガモンのガレン-皇帝と剣闘士の医師。彼のテキスト「混合物と単純な薬の力について」は、古代イスラム世界全体に彼の考えを広めるために、6世紀にシリアックに翻訳されました。このテキストを復元することで、当時の病気の治療法を理解することができ、非常に貴重な情報となります。残念ながら、医師の名声にもかかわらず、翻訳の最も完全で現存するバージョンは、11世紀に消去され、賛美歌で書き直されました。以前の調査では、その下にテキストの痕跡が見つかりましたが、失敗しました。両方のテキストが同じインクで書かれており、メインのテキストはきれいに掃除されていました。 10年間の読書に必要なコントラストを達成することができませんでした。



最近、国際的な研究者チームが、SLAC国立加速器研究所のスタンフォードシンクロトロン放射源（SSRL）で優れた結果を示しました。



 「1つか2つの単語を解読するのに十分なインクの痕跡があることを望んでいました」とX線イメージングプロジェクトを率いたSLACのスタッフサイエンティストであるUweBergmannは言います。 「今私たちが目にしている鮮明な手紙は、大成功を収めています。」



もちろん、チームは、SSRLの強力なX線イメージング技術を使用しても、テキストが判読できない可能性があることを恐れていました。たとえば、残りのインクに含まれる鉄の量が少なすぎるか、汚れすぎています。



X線蛍光イメージングは​​、金属原子の核の近くの電子をノックアウトするという原理に基づいて機能します。これらの穴は外部電子で満たされているため、特徴的なX線蛍光を検出できます。ガレンの隠されたテキストと新しい宗教的なテキストは、インクに鉄、亜鉛、水銀、銅のさまざまな組み合わせが含まれているため、わずかに異なる蛍光を発します。何世紀にもわたる違いは、インクの組成に反映せざるを得ません。これらは、取得したデータ配列を分離するために必要な違いです。



26ページごとに1枚のシートをスキャンするのに約10時間かかります。その結果、膨大な量のデータが生成されます。私は情報を抽出するために機械学習に頼らなければなりませんでした。手で理解するのは非常に難しいです。







2019年1月末、MichaelTottは自分のTwitterアカウントに写真を投稿しました。原稿中の硫黄の存在の原因であるチャネルでは、大きなコントラストが見つかりました。







個人的には、画像のレイヤーが構成化学要素として機能するようなPhotoshopが欲しいです。では、カラースペースは何と呼ばれますか？



原稿はまだ調査中です。

4.光コヒーレンストモグラフィー 

デューク大学（米国）



このフォトンイメージング技術は、主に眼科で使用されています。たとえば、未熟な胎児の場合、脳の発達の程度は眼底によって決定することができます。この技術は、超音波測定と同様の原理に基づいており、赤外線（850nm〜1000nm）のみが放射として機能します。画像は非常に詳細であり（顕微鏡はおまけです）、赤外線が組織を1〜2 mm透過する特性があるため、必要な深さで「スライス」を作成できるボリュームアレイを取得する機会があります。





紀元前2世紀のパピルスのサンプルを研究した事例を紹介します。古代エジプトでは、中流階級の死者は、papiermâchéなどのパピルスの切れ端で作られたマスクでミイラ化され、その後、プライマーとペイントが適用されました。このパピルスは、いくつかの既存のテキストを持つ使用済みのものによって撮影されたという疑いがあります。 Michael Tottによると、一部の科学者は、マスクを皿石鹸に溶かして、塗料の下のパピルスの層に到達します。すべて問題ありませんが、アーティファクトが破壊され、手順は手の真直度に依存し、保証はありません。唯一の問題が非侵襲的研究への欲求にあったのなら、国外に出て行ってください！文化遺産サンプルの輸出、官僚主義、包装、振とうなどを禁止する法律。それはそう起こったシスターシンシアトットは、大学のパピリアーカイブ（徒歩数分）からそう遠くないところに眼科医として働いています。彼女の施設には、光コヒーレンストモグラフィースキャナーがあります。





あなたの前にピストルの役割を果たしているのは同じ光学スキャナーであり、関心のある人たちです





ガラスの背景にある写真には、まさにパピルスの細片があります。スキャンの結果はハイパーキューブでした。キャップを切り落とすことで（お気に入りのKhrushchev、親愛なる読者の壁紙の最初のレイヤーを切り離す）、アルファベットのシンボルを本当に区別できます！





なじみのあるシンボルを見ても驚かないでください。マイケルは、当時ギリシャ語が政府の言語だったので、シンボルの検索には死語のネイティブスピーカーの関与は必要ないと主張しますが、この機器とこのレベルのタスクを使用することの主な難しさは、世界中のほとんどすべてのリソースが健康維持の問題の解決に集中していることです理解できる人生。専門家は非常に少なく、さらに自由でイデオロギー的な専門家がいます。また、既存のソフトウェアソリューションは、文化遺産に関連する問題を解決するための準備が整っていません。しかし、それは有望な技術です。

5.テラヘルツの視覚化

最近、膨大な数の分野で勢いを増している若いテクノロジーの1つ。原稿回収の大規模な成功事例は見つかりませんでした。電位の存在を確認する多くの分析実験があり、場合によっては非鉄元素間のコントラスト選択のためにX線を超えます。一般的に、このテクノロジーについては、非常に興味深い講演があります。







100ギガヘルツから3テラヘルツまでの使用される波長は、紙や他の多くの材料に浸透する可能性があります。放射線はイオン化されていないため、人間にとって安全です。時間の経過に伴う反映フィールドの統計に基づいて、各ページをローカライズすることができます。



これは、LAZ、THZの文字を順番に表示するアニメーションです。これらの手紙はレーザープリンターで印刷され、積み重ねられました。エミッターを上に配置し、反射信号で最大20枚のテキストを区別することができました。より深く-信号は、すでに読み取れない数の累積エラーで反映されました。





ニューヨークのメトロポリタン美術館は、アーカイブに破壊の脅威の下で開くことが禁止されている本が含まれているため、このアプローチに関心を持っています。そして、断層撮影へのアクセスはそれほど簡単ではありません。機器の可用性は大きなプラスです。以前のテクノロジーとは異なり、USB経由でラップトップに直接接続する準備ができている完全な製品がすでにいくつか市場に出回っています。 

6.赤外線サーモグラフィー

ここで、熱画像カメラの範囲での画像の構築について検討します。アクティブパルスサーモグラフィーは、羊皮紙に綴じられた本の古代のテキストを非侵襲的に強調するために首尾よく使用されてきました。例として、ローマのアンジェリカ図書館に保管されている13世紀の原稿（ms 509 / D813）の分析から得られた結果を引用することができます。原稿は旧約聖書の要約であり、127の書かれた羊皮紙で構成されています。それらのいくつかは水によって損傷を受けました。テキストを読めなくする大きなぼやけたスポットのある最後のページ。 



さまざまな損傷領域で実行されたサーモグラムは、検査されたすべての領域でインクテキストの部分的な復元を示しています。





このようなサーモグラムは、2つの1kWフラッシュランプを使用して取得されました。インクの顔料成分が失われたからといって、残りの成分が洗い流されるわけではありません。コントラストを回復する能力は、入射光の一部を効果的に吸収するインク残留領域の一時的な加熱に起因する可能性があります。

7.ラマン分光法

 ボドリアン図書館。オックスフォード



任意の物質のレーザー照射の場合、レイリー散乱に加えて、反射信号のごくわずかな部分がその周波数成分を変化させます。一次光源になかったスペクトル線が表示されます。表示される線の数と位置は、物質の分子構造によって決まります。したがって、その構成を決定できます。 cncマシンにレーザーをインストールする場合、このデータを座標で取得し、基本構成からイメージを形成できます。この方法は、絵画の顔料組成を研究し、隠された碑文を明らかにするために非常に人気があります。確かに、アルメニアの原稿を扱う際の目標は、わずかに異なる作業でした。レーザー照射は非常に弱いですが、それでも損傷を与えることに注意する必要があります。







そして、これは、元素組成に基づいて、結果として得られる着色されたカバーマスクがどのように見えるかです。この例は、赤い顔料の結果を示しています。 





それほどクールではない、とあなたは言います。結局のところ、どういうわけか、あなたはそのようなマスクを写真から分離することを試みることができますか？写真も分析ツールであることがわかりましたか？ 

8.マルチスペクトル分析

それで、テクノロジーの可用性に関して、実際に話すことが理にかなっていることになります。世界最大の美術館やアーカイブのほとんどは、この機器を自由に利用できます。1993 Dead Sea Scrollsは、スペクトルイメージングを使用して研究された最初の原稿の1つになりました。しかし、当時、研究者たちは赤外線フィルムを使用して色あせたテキストや判読できないテキストを復元しようとしていました。





フィルムがなくなり、デジタルが到着し、超高輝度LED（またはフィルターのセットと2つの構造用ハロゲンランプ）が登場しました。テクノロジーの本質は非常にシンプルです。光学範囲から12の異なるスペクトルで白黒マトリックス（非常に望ましい）上に約12のデジタル画像を作成する必要があります：IRで3つ、次に赤、琥珀、オレンジ、黄色、緑、シアン、青、紫、UV。上の写真には、現在サンプルをUV光で照らしている2つのLEDスポットライトがあります。結果に基づいて、サンプルについてさらに結論が導き出されます。可能性はありますか、ソフトウェアは私たちを助けますか、そして私たちが役人の事務所を踏みにじり始めたら、国立研究所への旅行の予算をノックアウトします。 



 2020年に、クムランの原稿のテキストのない羊皮紙の資料を研究している学者は、誤って手紙を発見しました。これのヒントがなかったので、膨大な数の小さな部分がテキストの存在について決して調べられませんでした。一部のエリアは特別にカットされています。他のいくつかのタスクのために。そして、IRスペクトルで撮影すると、空っぽに見えたものが突然センセーションを巻き起こしました。





最も偉大な探検家の一人であるデビッド・リビングストンは、人生のほとんどをアフリカに捧げ、5万キロ以上歩いた。彼の最後の作品の1つでは、インクが不足する代わりに、地元のベリーのジュースを使用しました。しかし、美しいコントラストは初めて持続しました。原稿が彼の同僚に届いたとき、ジュースはその色素を失いました。彼女は完全に読まれるまで140年待った。ちなみに、彼の日記を研究するプロジェクトは、2016年 にDHawardsで1位になりました。 





上の画像では、原稿ページと得られたスペクトル画像のさらなる組み合わせが、ノイズ抑制マスクとして、また必要な要素のコントラストを直接高めるために適しています。



ベリージュースがそこになかったので、新聞のテキストはIR範囲からのマスクによって抑制されました、しかし他のチャンネルではそれは新聞のものとより対照的に存在しました。解読の結果は、リヴィングストンが奴隷商人の間のひどい虐殺の直接の目撃者であったという話でした。彼は何が起こっているかにとても驚いたので、ナイルの源を探すのを中断しました。今日、原稿は完全に転写され、誰でも利用できます。しかし、親愛なる読者であるあなたは、無料で提供されているものを理解していない時代に住んでいる可能性が高いので、おそらくそれを読まないでしょう。



ブリティッシュライブラリーのブログでは、マルチスペクトルイメージング研究からの定期的な結果もご覧いただけます。800歳！Magna Carta（Magna Carta）は、彼女の状態にもかかわらず、優れた結果を示しています。またはBodminの福音の結果。9世紀。よく見てください、これは同じページです。





プロセスがどのように機能するかをよりよく理解するために、マルチスペクトルラボレビューの優れたビデオがあります。







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さらに、これが単なる人間には利用できないと思われる場合は、私のイタリア人の友人であるAntonino Cosentino（科学者）が彼のプロジェクトhttps://chsopensource.org/について説明します。ここでは、マルチスペクトルでの家庭用DSLRとレンズの使用に関する研究結果を共有しています。撮影。もちろん、アントニーノは失われたテキストの復元には関心がありません。彼は文化遺産を研究し、世界中の美術館の労働者を助けるという一般的な仕事を扱っています。彼のアントネッロプロジェクトこれに完全に専念。ただし、LEDスポットライトの代わりにフィルターキットが最善の解決策であるかどうかはわかりません。そこにもニュアンスもあります。マルチスペクトル写真でカラー顔料がどのように動作するかをよりよく理解するために、アントニーノの顔料の表を示します。

ここでは、IR内の顔料の数が透明になるか、IR光線を反射または吸収するか、UVではすべてが完全に異なって見えるかを確認できます。IRとUVの間で撮影すると、独自のコントラストのセットも表示されます。



さて、十分な知識を持って、上記の方法の比較分析に移り、目的のサンプルを調べるのに上記の方法のどれが最適であるかを見つけましょう。

9.テクノロジーの選択

文化遺産の最も人気のあるトピックの1つであるパピリの研究。科学論文の1つで、研究者たちはミイラをどのように輝かせるのか疑問に思いました。結果を求めて技術を一つ一つ調べていく価値はありますか、それとも事前に選択肢を絞り込んだほうがいいのでしょうか。 



理想的な条件が再現されれば、特定の顔料を他の顔料よりもよく明らかにする技術の能力についてかなり正確に推論することが可能になります。 



古代の技術を使用する研究者は、4つのゾーンに分割された4枚のパピルス10x15cm（ファントム）を準備しました。各シートの各ゾーンには、異なるインク組成の太字の十字が時計回りにマークされているため、パピリの折り畳まれたパックの十字が互いに重なることはありませんでした。





歴史的な理由から3種類のインクが選択されましたが、最後の1つは現代的です（無駄にする場所です）。

• 炭素（すす、石炭）
• 酸化鉄（最も一般的）
• 腺インク（程度は少ない）
• 現代のカーボンインク（ウィンザーとニュートン、英国、英国）

マルチスペクトルイメージングは、高解像度の鉄および炭素ベースのインクで優れた表面の詳細を提供しますが、深さの浸透は制限されます。 





ただし、この欠点は、送信時に撮影することである程度軽減されます。





光コヒーレンストモグラフィーは、パピルスの高い光学的減衰のために、予想外に低い浸透を提供しました。 





X線技術では、ファントムの上にパピルスのシートを追加しても鉄ベースのインクを識別できましたが、炭素ベースのインクを検出することはできませんでした。





X線蛍光イメージング





現代のインクとカーボンベースに一致するクロスは見つかりませんでした。炭素は軽い元素（原子番号6）であり、使用されているシステムで検出するには低すぎるエネルギーで蛍光を発します。検出できた最も軽い元素はリンでした（15）。腺インク（26）に存在する鉄ははっきりと見え、6層のパピルスの後でも背景と区別することができました。



位相コントラストX線トモグラフィー



時間の制約のため、研究者からは酸化鉄とカーボンインクとの交配のみが行われました。パピルスの繊維構造がはっきりと見えます。パピルスとの屈折率が異なるため、十字架も表示されます。炭素含有インクの痕跡もかなりかすかに見えます。





テラヘルツイメージング は、研究者の驚いたことに、鉄ベースのインクよりも炭素ベースのインクをよりよく検出することができました。THz波は、X線技術では見えないインクに敏感であると考えられています。これらの結果は、以前の研究によって裏付けられています。





このトピックをロシアのインターネットに持ち込むことができてうれしく思います。これを研究する必要性に初めて直面したとき、この資料がいかに重要であるかを発見したからです。トピックが広大なため、すべてを1つの記事に収めないことにしました。次の記事では、アルゴリズムとデジタル画像処理について説明します。



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