카메라를 통한 유물 보존

이미지 프로세싱으로 직물 유물 손상을 연구하는 새로운 접근법

예술과 문화 자산 보존에 있어 예방적 보존은 중요한 역할을 합니다. 가능한 오랜 시간동안 상태를 보존하기 위해 노후화 과정을 늦추고 재료를 변화시키는 요인을 평가하는 것이 필수적입니다. 그러기 위해서는 예술품에 대한 총체적인 이해가 필요합니다. 문화 유산 과학과 물질적 변화를 이해하기 위한 공학적인 방법에는 학제간 접근이 필요합니다. 직물은 가장 민감한 예술이며 문화 유산입니다. 생산과 취급, 전시, 보관 과정에서 종종 이를 손상시킬 수 있는 환경에 노출될 수 있습니다. 프랑스의 스타트업 기업 S-MA-C-H는 연구 프로젝트의 일환으로 "바이외 태피스트리(Bayeux Tapestry)"를 연구했으며, IDS 카메라와 함께 이 섬세하고 특별한 작품을 보존하는데 최적화된, 보존 및 전시 관련 시스템을 개발했습니다. 최첨단 기술과 결합된 보존가의 전문성은 초기 단계에서 손해를 끼칠 수 있는 요소를 식별하고, 이를 최소화하거나, 완전히 없애는 데 도움이 됩니다.

이 시스템은 노르망디 지역 문화청의 의뢰와 자금 지원을 받아 바이외 태피스트리의 가공 작용을 조사하는 종합적인 연구를 위해 설계되었습니다. "우리는 기계 공학에 대한 전문 지식을 동원하여 태피스트리에 가해지는 응력과 변형률을 관찰했습니다. 또한, 보존 솔루션을 고안하는 데 기여했습니다. 여기에는 주변 실내 기후 환경에서 태피스트리에 가해지는 위험과 민감도의 정도를 분류하고 평가하는 작업이 포함되었습니다”라고 S-MA-C-H의 공동 창립자이자 상무 이사인 Cécilia Gauvin은 설명합니다. 직물, 예방 보존가, 문화유산 보존 과학자로 구성된 다학제적 팀은 환경 변화로 예술품에서 일어나는 반응을 분석했습니다. "이 프로젝트는 두 가지 주요 질문을 다루었습니다: 경사도가 있는 지지대 전시에 있어 최적의 조건은 무엇이고, 미세한 기후에 따라 태피스트리는 어떻게 반응하는가?”

질문에 답하기 위해, 온도 및 습도 센서뿐만 아니라 중력 압력을 기록하는 힘 센서로 태피스트리를 모니터링했습니다. 이 시스템은 비접촉식 2D 풀필드 디지털 이미지 상관 기법(DIC)으로, IDS 카메라와 디지털 이미지 상관 기법을 위해 특별히 개발된 소프트웨어로 구성됩니다.

캘리브레이션 플레이트는 물체에 대한 카메라의 2D 위치를 계산하고 카메라 및 렌즈에 의해 발생하는 모든 종류의 왜곡을 보정하는 데 사용됩니다.

"디지털 이미지 상관 기법은 물체의 움직임과 변형을 분석하는 데 사용하는 이미지 프로세싱 기술입니다. 이는 물체의 표면의 고해상도 이미지를 캡처한 다음 소프트웨어 알고리즘의 도움을 받아 물체의 모양, 위치 또는 크기의 변화를 감지합니다"라고 IDS 제품 마케팅 매니저 Patrick Schick은 설명합니다. 시스템에 적합한 카메라는 인터페이스, 센서 및 가격 대비 성능 등으로 결정 됩니다. "태피스트리 분석을 위해, 가장 작은 디테일까지 포착하려면 이미지 노이즈가 적은 초고해상도 이미지가 필요합니다. USB 3 uEye CP 모델은 우수한 감광도의 Sony STARVIS 시리즈 IMX183 롤링 셔터 CMOS 센서 덕분로 이러한 요구 사항을 충족합니다. BSI (뒷조명) 기술을 통해 이 센서는 까다로운 조명 조건에서도 뛰어난 이미지 품질을 보장합니다. "따라서 작품의 보존을 위해 저조도에서 이루어지는 까다로운 이미지 평가에도 이상적입니다. 이 USB3 Vision 카메라는 매우 낮은 주파수에서 더 긴 시간 동안 고해상도 이미지를 기록합니다”라고 Patrick Schick는 덧붙였습니다. 이 연구 프로젝트의 경우 모니터링은 한 달 동안 24시간 내내 진행되었으며, 시간당 한 장의 이미지만 캡처되었습니다.

IDS peak API의 Python 인터페이스를 사용하면 카메라를 매개 변수로 지정하고 이미지를 캡처하는 소프트웨어를 빠르고 쉽게 개발할 수 있습니다.

— Cécilia Gauvin, S-MA-C-H 의 공동 창립자이자 매니징 디렉터 —

이미지는 디지털 이미지 상관 기법을 위해 특별히 프랑스 Pprime Institute에서 개발한 소프트웨어인 DEFTAC3D로 처리합니다. 이렇게 하면 수천 개의 2D 또는 3D 좌표를 기반으로 매우 높은 해상도를 갖는 물체 표면의 전체 표면 측정 데이터가 생성됩니다. 검사 기간 내 이미지 포인트들의 변위는 물체에 가해지는 기계적 부하 또는 응력으로 인한 변형으로 해석됩니다. 결과에 기초하여, 변형 맵뿐만 아니라 풀필드 변형 맵(full-field strain map)이 생성됩니다. 풀필드 변형 맵은 재료 전체 표면의 변형률을 표시합니다. 따라서 태피스트리가 전체적으로 변형되었는지 여부를 보여줍니다. 반면, 변형 맵은 재료의 국소 변형에 대한 정보를 제공합니다. 변형 맵은 특정 지점에서 태피스트리가 변형되었는지 여부에 대한 정보를 제공합니다.

풀필드 변형 맵(full-field strain map)을 통해 환경 변화에 따른 태피스트리의 습기 정도를 측정합니다. 이를 통해 습기와 직물 간의 상호작용을 측정할 수 있습니다. 이는 직물을 만드는 데 사용되는 실의 유형, 태피스트리를 만드는 데 사용되는 직조 또는 자수 기술 유형을 포함하여 여러 가지 요인에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이로 인해 연구가 더 복잡해집니다.

의사 결정 과정에 과학적 데이터를 통합하기 위해 복제본 및 태피스트리 자체에 테스트를 수행했습니다. 복제본의 풀필드 변형 맵을 힘 센서 측정 및 기후 측정(온도 및 습도)으로 인한 응력 결과와 조합했습니다. 결과를 이용해 예술품을 최적으로 보존할 수 있는 기후 조절에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.

센서와 카메라 시스템에 의해 수집된 데이터를 실시간으로 기록하여 장기적인 추세를 분석합니다. 제공된 정보의 도움으로 바이외 박물관의 기후 조건이 바이외 태피스트리와 같은 민감한 예술 물건이나 역사적 전시물에 손상을 입히지 않는 최적의 조건 내에 있음을 보장할 수 있습니다.

전망

문화유산의 보호와 보존을 위한 시장의 구조적 진단 절차가 서서히 개방되고 있습니다. "우리의 목표는 보존을 위한 플러그 앤 플레이 시스템을 개발하는 것입니다"라고 Cécilia Gauvin은 설명합니다. 또한, 이 기업은 비전 시스템을 사용하여 미래에 박물관의 그림과 역사적 기념물에 대한 구조적 손상을 모니터링하고자 합니다. 이러한 접근법으로 적절한 보존 조치가 취해질 수 있도록 종합적으로 전시 상태를 평가할 수 있습니다. "기계 공학에 대한 우리의 지식을 산업용 이미지 프로세싱과 결합하여 새로운 접근 방식을 열고 행동 범위를 확장하며 혁신적인 솔루션을 생산합니다."

이러한 학제간 연구 결과에 기반한 예술품의 취급, 보관, 전시를 위한 보존 조건의 정교화를 통해 추가 손상을 방지할 수 있습니다. 따라서 역사적인 직물과 현대적인 직물 모두 가장 적합한 방법으로 보존될 수 있습니다. 이 과정에서 이미지 프로세싱 장비는 중요한 역할을 합니다.

바이외 태피스트리(Bayeux Tapestry)는 약 52cm 높이의 천을 사용하여 11세기 후반에 만들어진 자수 작품입니다. 58개의 개별 장면에서 68m가 넘는 이미지와 텍스트로 묘사된 잉글랜드 정복은 세밀한 묘사, 사려 깊은 도상학 및 장인 정신으로 인해 고중세 시대의 가장 주목할 만한 그림 기념물 중 하나로 꼽힙니다. 바이외 태피스트리는 실제로는 태피스트리가 아니라 이야기가 있는 자수입니다. 이미지와 텍스트 글귀으로 구성되며 상호 연결된 9개의 린넨 패널로 이루어져 있습니다.

태피스트리 관련 수치

  • 길이 68m
  • 높이 52cm
  • 직조 린넨 패브릭 패널 9개
  • 이음매 4곳
  • 10색 울 원사
  • 개별 장면 58개
  • 사람 623명
  • 말 202마리
  • 개 55마리
  • 다른 동물 505마리
  • 건물 27채
  • 배와 보트 41척
  • 나무 49그루

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