Trong lĩnh vực kiểm tra chất lượng và phân tích hiện vật, Camera đa phổ là phương pháp kiểm tra không phá hủy kết hợp giữa chụp ảnh và đo quang phổ. Thay vì chỉ tạo ra hình ảnh bề mặt, phương pháp này ghi nhận thông tin quang phổ tại từng điểm ảnh. Dữ liệu thu được có thể hỗ trợ nhận diện những khác biệt vật liệu hoặc cấu trúc khó quan sát trực tiếp bằng mắt thường.
Ví dụ trong nghiên cứu bảo tồn tác phẩm hội họa, ảnh siêu phổ phản xạ đã được sử dụng cùng huỳnh quang tia X quét diện rộng (MA-XRF) để khảo sát một bức tranh thời Phục hưng mà không cần lấy mẫu. Cách tiếp cận này minh họa tiềm năng của dữ liệu quang phổ trong việc xem xét nét phác bên dưới, dấu vết chỉnh sửa, lớp màu và sự phân bố của một số nguyên tố liên quan đến sắc tố.
Camera đa phổ là gì?
Camera đa phổ tích hợp hai thành phần: thông tin không gian của hình ảnh và thông tin quang phổ. Mỗi điểm ảnh không chỉ có màu sắc hiển thị mà còn đi kèm một phổ phản xạ để phục vụ phân tích. Trong trường hợp được đề cập, vùng dữ liệu trải từ ánh sáng khả kiến đến cận hồng ngoại và hồng ngoại sóng ngắn, trong khoảng 400–1700 nm.
Kết quả đo thường được tổ chức thành một khối dữ liệu ba chiều. Nhờ đó, người phân tích có thể chọn các dải phổ phù hợp, so sánh đặc trưng phản xạ giữa các khu vực hoặc áp dụng thuật toán xử lý dữ liệu. So với việc đánh giá một điểm đơn lẻ, cách làm này cung cấp góc nhìn theo toàn bộ bề mặt được quét.
Giá trị của ảnh siêu phổ trong kiểm tra không phá hủy
Điểm đáng chú ý của HSI là khả năng hỗ trợ quan sát thông tin nằm dưới hoặc bị che bởi các lớp vật liệu bề mặt, tùy thuộc vào đặc điểm quang phổ và phương pháp xử lý. Với tác phẩm hội họa, điều này có thể bao gồm nét vẽ phác, thay đổi bố cục, vùng phủ màu hoặc khác biệt giữa các lớp sắc tố.
Trong nghiên cứu được nêu, Camera đa phổ dùng phương pháp như Phân tích Thành phần Chính (PCA) và Phân số Nhiễu Tối thiểu (MNF). Các phương pháp này hỗ trợ làm rõ những biến thiên khó thấy trên ảnh thông thường. Ở phần nền trời của bức tranh, quá trình xử lý cho thấy dấu vết một bố cục phong cảnh ban đầu đã được điều chỉnh. Một số đường cây, thảm thực vật và hình khối núi được mô tả là đã thay đổi trong các lớp màu tiếp theo.
Việc chọn dải hồng ngoại phù hợp và tổng hợp ảnh màu giả cũng giúp hiển thị các chi tiết phác thảo mảnh. Những đường gạch trên khuôn mặt nhân vật nam cùng các đường viền đậm tại vùng má, môi của nhân vật Đức Mẹ là các thông tin được ghi nhận trong ví dụ này. Các quan sát đó hỗ trợ việc xem xét quy trình sáng tác theo nhiều giai đoạn và khả năng sử dụng những vật liệu phác thảo khác nhau.
Kết hợp HSI và MA-XRF để phân tích lớp màu
Ảnh siêu phổ cung cấp đặc trưng phản xạ, nhưng không tự xác định đầy đủ thành phần sắc tố. Vì vậy, việc kết hợp với MA-XRF có thể bổ sung thông tin về phân bố nguyên tố trên bề mặt. Đây là hai dạng dữ liệu có vai trò khác nhau: HSI hỗ trợ phân nhóm đặc điểm quang phổ, còn MA-XRF hỗ trợ đối chiếu tín hiệu nguyên tố.
Ở vùng màu đỏ của tác phẩm được khảo sát, phương pháp Spectral Angle Mapping (SAM) đã phân tách ba nhóm đặc trưng quang phổ. Hai nhóm được đối chiếu với red lake và một nhóm với vermilion. Khi so sánh với bản đồ MA-XRF, tín hiệu thủy ngân (Hg) xuất hiện tại các vùng vermilion, trong khi kali (K) hỗ trợ nhận diện các vùng red lake. Tín hiệu sắt (Fe) không cho thấy mối liên hệ với vùng đỏ trong phân tích này, do đó không được dùng để quy cho sắc tố đỏ oxit sắt.
Sự đối chiếu giữa dữ liệu quang phổ và dữ liệu nguyên tố giúp diễn giải thận trọng hơn về lớp màu. Trường hợp nghiên cứu cho thấy vermilion và red lake được sử dụng theo các cách khác nhau, gồm lớp phủ dày, phủ bóng nhiều lớp và red lake phủ trên vermilion. Đây là ví dụ về cách kết hợp nhiều kỹ thuật để làm rõ cấu trúc màu mà không cần lấy mẫu trực tiếp.
Lưu ý khi triển khai kiểm tra bằng Camera đa phổ
Hiệu quả phân tích không chỉ phụ thuộc vào ảnh thu được mà còn liên quan đến quy trình quét, điều kiện chiếu sáng, hiệu chỉnh quang học và xử lý dữ liệu. Với bề mặt lớn, dữ liệu có thể được quét theo từng phần rồi ghép lại để tạo ảnh toàn khung. Trong ví dụ nguồn, bức tranh được quét thành 8 phần trước khi ghép nối.
Việc diễn giải kết quả cũng cần đặt trong bối cảnh của từng đối tượng. Các thuật toán như PCA, MNF hoặc SAM hỗ trợ phát hiện và phân loại khác biệt, nhưng dữ liệu bổ sung như MA-XRF có giá trị trong quá trình đối chiếu. Vì vậy, ảnh siêu phổ phù hợp như một công cụ kiểm tra và tư liệu hóa, giúp xây dựng dữ liệu phục vụ nghiên cứu, bảo tồn và đánh giá các khu vực cần xem xét sâu hơn.
Camera siêu phổ trong kiểm tra không phá hủy mở rộng khả năng quan sát từ bề mặt nhìn thấy sang dữ liệu quang phổ theo từng điểm ảnh. Khi kết hợp với kỹ thuật phân tích phù hợp, phương pháp này có thể hỗ trợ nhận biết cấu trúc lớp màu, dấu vết thay đổi và đặc điểm vật liệu trong các đối tượng cần hạn chế can thiệp. Giá trị cốt lõi nằm ở khả năng khảo sát không lấy mẫu, phân tích trên diện rộng và lưu trữ dữ liệu để tiếp tục đối chiếu trong tương lai.
