Makroprofilometria laserowa stosowana do obrazów na płótnie, drewnie, metalu i skórze

Odkrywanie ukrytych historii na powierzchniach obrazów

Obrazy w muzeach mogą wydawać się płaskie gołym okiem, ale ich powierzchnie pełne są malutkich pagórków, dolin, pęknięć i odcisków palców, które utrwalają zarówno rękę artysty, jak i wieki starzenia. W badaniu opisano nowy sposób „mapowania” tych krajobrazów w trzech wymiarach przy użyciu dedykowanego skanera laserowego, co pomaga konserwatorom zrozumieć, jak obrazy na drewnie, płótnie, metalu i skórze są zbudowane, jak zmieniają się z czasem i jak najlepiej je zachować, nie dotykając nigdy bezpośrednio dzieł.

Delikatny laser dla kruchych dzieł

Naukowcy zbudowali makroprofilometr laserowy, który może badać stosunkowo duże obszary obrazu, jednocześnie wykrywając różnice wysokości rzędu kilku mikrometrów — dużo cieńsze niż ludzki włos. Fioletowy laser rzuca cienką linię światła na powierzchnię; czuła kamera umieszczona pod kątem rejestruje, jak ta linia się wygina, gdy przecina pagórki i zagłębienia. Przesuwając głowicę lasera po obrazie za pomocą zautomatyzowanych stolików i kontrolując cały system oprogramowaniem w Pythonie, zespół rekonstruuje szczegółowe mapy 3D powierzchni. W przeciwieństwie do tradycyjnych skanerów 3D zoptymalizowanych pod kątem budynków czy rzeźb, system ten jest dostosowany do płaskich, lecz drobno teksturowanych dzieł i można go wprowadzić bezpośrednio do pracowni konserwatorskich muzeów.

Cztery obrazy, cztery różne podłoża

Aby przetestować system, zespół zbadał cztery obrazy olejne przechowywane w Gallerie Nazionali di Arte Antica w Rzymie, każdy na innym podłożu: dużej desce drewnianej, płótnie, wąskim pasku skóry i małej blaszce miedzianej. W szerszej skali mapy 3D ukazują, jak każde podłoże kształtuje ogólną „geometrię” obrazu. Na desce skaner wyraźnie rozróżnia cztery łączone deski i pokazuje, że deska wykrzywiła się o ponad centymetr, z wyraźnymi krawędziami i dolinami w miejscach łączeń i pęknięć. Na płótnie powierzchnia wydaje się nieco wklęsła: środek leży kilka milimetrów za krawędziami przymocowanymi do ramy, co sygnalizuje utratę napięcia, trudną do ilościowego określenia gołym okiem. Obraz na skórze ukazuje subtelne łączenie, gdzie połączono i naciągnięto dwie części, natomiast obraz na miedzi wydaje się niezwykle gładki, odzwierciedlając przemysłowe walcowanie, które dało arkusz metalu.

Maleńkie grzbiety ujawniają technikę i problemy

Przybliżając się, te same dane odsłaniają delikatne detale w warstwach malarskich. Na obrazie na desce przefiltrowane obrazy wysokości uwypuklają nacięcia w gruncie i drobne reliefy pociągnięć pędzla, co pozwala odczytać sekwencję zabiegów roboczych — drapanie gruntu, blokowanie form, glazurowanie, a potem dodawanie świateł — z topografii powierzchni. Na płótnie skaner wykrywa wyraźny stopień grubości między dwoma obszarami, odpowiadający ukrytemu wcześniejszemu obrazowi schowanemu pod widoczną kompozycją, oraz rozróżnia rejony, gdzie wciąż widać splot płótna od tych, gdzie dominują głębokie pęknięcia. Na podłożu skórzanym mapy ukazują ukryte łączenie i dekoracyjne tłoczone motywy w narożnikach — prawdopodobnie wykonane metalowymi stemplem przed malowaniem — wraz ze zmarszczkami i drobnymi ubytkami tam, gdzie starzejąca się skóra skurczyła się pod warstwą farby.

Powierzchnie metalowe i niewidoczne uszkodzenia

Obraz na miedzi daje kolejny rodzaj wglądu. Tutaj rzeźba 3D pokazuje, jak różne kolorowe obszary starzeją się inaczej, z gęstymi sieciami pęknięć tworzącymi się szczególnie w ciemniejszych fragmentach bogatych w spoiwo olejne. Uniesione pęcherze, ledwie zauważalne na standardowych fotografiach z powodu późniejszych retuszy, wyraźnie wyróżniają się w danych wysokościowych jako strefy, w których farba odrywa się od metalu. Na tylnej stronie blaszki skaner rejestruje ślady narzędzi użytych do zmatowienia powierzchni w celu poprawy przyczepności, a nawet utrwala przypadkowy odcisk palca wciśnięty w miedź — intymny ślad artysty, który staje się trwałą, mierzalną cechą historii obiektu.

Nowe oczy dla konserwatorów i historyków

Ponad tworzeniem efektownych obrazów 3D technika dostarcza również konserwatorom ilościowego punktu odniesienia dotyczącego kształtu obrazu w danym momencie. Ponieważ skaner jest bezkontaktowy, przenośny i szybki, te same obszary można ponownie mierzyć w ciągu miesięcy lub lat, aby śledzić powolne wykrzywianie się drewnianych podkładów, luzowanie płócien czy rozprzestrzenianie się pęknięć i odchodzenia farby. Chociaż nie zastępuje analiz chemicznych czy badań podpowierzchniowych, makroprofilometria laserowa dodaje potężną warstwę informacji, łącząc szeroką inspekcję wizualną z badaniem mikroskopowym. W praktyce pomaga muzeom wcześniej diagnozować problemy, precyzyjniej planować zabiegi konserwatorskie i dokumentować subtelne fizyczne historie zapisane na powierzchniach dzieł.

Cytowanie: Iorio, G., Graziani, V., Merucci, C. et al. Macro laser profilometry scanner applied to paintings on canvas, wood, metal, and leather supports. npj Herit. Sci. 14, 275 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02544-1

Słowa kluczowe: konserwacja dzieł sztuki, skanowanie powierzchni 3D, dziedzictwo kulturowe, profilometria laserowa, diagnostyka malarstwa