Древнегреческий текст, скрытый на обратной стороне развернутого папируса, обнаружен с помощью гиперспектральной съемки в коротковолновом инфракрасном диапазоне

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, греко-египетские свитки папируса с надписями на лицевой стороне (recto) часто использовались повторно путем добавления другого текста на оборотной стороне (verso) (1-2). Напротив, среди папирусов Геркуланума 1840 года, каталогизированных сегодня, только восемь (pherc. 9, 227, 972, 1691/1021, 1670, 1506, Касс. XCIV s.n. IV и, возможно, также Cass. I s.n. A) демонстрируют письменность на оборотной стороне (3- 4). Более того, в следующих трех папирусах (PHerc. 339, 1491 и неопознанный “скорца”), а также PHerc. 1670, начальные названия (или их части), написанные на оборотной стороне свитка, были обнаружены в недавнем прошлом (5-6). Случаи PHERC. 1691/1021 и PHERC. 1670 являются наиболее примечательными. Двенадцать и семь столбцов текста, соответственно, которые относятся к той же работе, что и написанная на лицевой стороне, и которые сегодня можно прочитать только на рисунках папирусов Геркуланума 18 века, были добавлены на оборотной стороне свитка писцом: либо тем же человеком, кто написал текст на лицевой стороне, либо другим. Они были найдены во время или после механического разворачивания двух свитков с помощью машины Пьяджо в 1795 и 1798 годах и были переписаны вручную чертежниками Дженнаро Казановой и Джован Баттиста Малески (7-10, 3). После этого, согласно стандартной для папирусов Геркуланума (11) процедуре, все фрагменты были приклеены с обратной стороны к картону, и с тех пор прочитать текст на оборотной стороне было невозможно. Задача сегодня состоит в том, чтобы обеспечить возможность чтения текста, записанного на оборотной стороне, с помощью неинвазивных методов визуализации без удаления соответствующих фрагментов папируса с их основы, что повлекло бы за собой кропотливую работу и, вероятно, привело бы к их непоправимому разрушению. Использование передовых методов диагностики является не только настоятельной потребностью папирологии, но также и единственным средством, имеющимся в нашем распоряжении сегодня, для восстановления текстовых фрагментов, записанных на оборотной стороне, что никогда ранее не предпринималось. Как известно, то, что обычно называют мультиспектральной визуализацией (MSI) в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (VNIR; от 400 до 970 нм) (обратите внимание, что, поскольку в конкретном случае использовалась только один спектральный канал, метод не следует называть мультиспектральным), который широко применялся к коллекции Геркуланума в период с 1999 по 2002 год, оказался особенно эффективным при использовании фильтра на 950 нм (12-13). Различие в отражательной способности света увеличило контраст между письмом и папирусной подложкой, что позволило читать ранее неразборчивые тексты и сделало необходимым создание новых изданий ранее отредактированных текстов, что стало своего рода революцией в папирологии Геркуланума. Однако этот метод не смог проникнуть достаточно глубоко в слои папируса, чтобы можно было прочитать текст, возможно, написанный на оборотной стороне. Напротив, гиперспектральная визуализация (HSI), также известная как спектроскопия изображения отражения, в коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR) (от 970 до 2500 нм) оказалась успешной для решения данной задачи. В частности, диапазон SWIR HSI, предлагаемый в рамках программы IPERION CH MOLAB, использует длины волн до 2500 нм с превосходным пространственным и спектральным разрешением, предоставляя новую информацию о большинстве нарисованных и письменных материалов. До сих пор этот метод был протестирован с наилучшими результатами на средневековых палимпсестах и иллюстрированных рукописях (14-16). Инфракрасная рефлектография (также называемая инфракрасной технической фотографией) также использовалась в режиме передачи для исследования художественных работ с целью проникновения и визуализации нижних рисунков (17- 18). Здесь мы показываем успешное применение SWIR HSI к древним обугленным папирусам и успешное использование спектральной съемки для чтения текста на обратной стороне развернутого папируса (PHERC. 1691/1021). Нам удалось раскрыть части греческого текста, скрытые на оборотной стороне, что позволило восстановить этот первоисточник для продолжающегося нового издания "Истории академии Филодема" К. Флейшер, и в повышении разборчивости текста, лежащего на прямой линии, тем самым оказывая дальнейшее существенное влияние на реконструкцию текста. Эти обнадеживающие результаты делают будущее исследование всей коллекции Геркуланума и других древних папирусов с помощью SWIR HSI как возможным, так и желательным, с предсказуемо важными последствиями для наших знаний о древней философии и литературе, папирологии, палеографии и классической филологии.

Свиток папируса, 1691/1021: История Академии Филодема

Обычно считается, что так называемая История академии (Index Academicorum или аналогичная) представляет собой книгу большого трактата Филодема "Систематическое расположение философов", к которому также предположительно принадлежат другие разделы, посвященные стоикам, эпикурейцам, Сократу и, возможно, пифагорейской, элеатской и атомистической школам (19-23). Эта книга представляет исключительную ценность для истории философии и, в частности, для наших знаний об Академии Платона. Основной свиток папируса, который передает его (PHerc. 1691/1021) является предварительным проектом, и есть основания полагать, что он, вероятно, представляет собой фактическую рабочую рукопись Филодема (24). Это обстоятельство, наряду с тем фактом, что оно также было написано на оборотной стороне, делает его уникальным среди папирусов Геркуланума во многих отношениях. Помимо нескольких заметок на полях и дополнений, написанных над и под столбцами, которые будут включены в окончательную версию, а также авторских знаков и знаков переноса, свиток содержит обширные и буквально цитируемые поэтические отрывки и соответствующие прозаические пересказы. Столбцы текста, написанные на оборотной стороне свитка, были частично добавлены после того, как был составлен текст на прямой стороне, и предназначались для дополнения или замены последнего в окончательной версии, некоторые части которой сохранились в PHerc. 164 (7-10). Сегодня эти колонны больше не видны, так как фрагменты папируса были приклеены к картону после их развертывания в 1795 году (рис. S1). Однако, прежде чем была выполнена эта процедура, скрывающая текст в течение следующих 220 лет, были выполнены рисунки этих оборотных отрывков, которые сейчас хранятся в Бодлианской библиотеке в Оксфорде. Всего было изображено 12 отрывков или колонок, каждый на одном листе бумаги (рис. S2). Недавно К. Флейшер смог локализовать эти столбцы относительно видимого текста (recto), используя морфологические особенности развернутых фрагментов (границы и пробелы) и сравнивая их с теми, которые более или менее точно очерчены на оксоновских рисунках. Благодаря горизонтальному отражению этих рисунков границы и промежутки совпадают с теми, которые все еще видны на папирусе recto (рис. S3) (10). Хотя этот метод может показаться тривиальным, непропорциональное и искаженное воспроизведение этих элементов на рисунках и, особенно, постепенное разрушение (большие промежутки и измененные границы) некоторых частей папируса, которые произошли после выполнения рисунков, затрудняют точную локализацию некоторых столбцов с оборотной стороны. До недавнего времени (и, отчасти, до сих пор) оставались сомнения относительно точного положения этих столбцов, и все еще необходимо предоставить убедительные доказательства.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Характеристики образцов

Pherc. 1691/1021 был механически развернут в июне 1795 года с помощью машины Piaggio и состоит из девяти темно-серых и частично лакунных фрагментов папируса высотой не менее 20,1 см и не более 21 см, а также не менее 16,2 см и не более 36,9 см в длину, что составляет около 288,4 см. Толщина листа папируса составляет около 0,15 мм. Каждый фрагмент приклеен к картону, который немного толще листа папируса (около 0,30 мм), и прикреплен к картону (рис. S1). Фрагменты распределены по девяти рамам (“cornici”), хранящимся в кабинете 23 (1691 г.) и кабинете 14 (1021 г.) в Кабинете Папири Эрколанези Национальной библиотеки “Витторио Эмануэле III” Неаполя. В течение трех полных дней мы записывали данные с помощью спектрального канала SWIR HSI со всех девяти фрагментов (PHerc. 1691, cornice 1, pezzo 2 и PHerc. 1021, cornici 1-8).

Раскрытие оборотной стороны

В нашем эксперименте с использованием канала SWIR HSI удалось выявить некоторые текстовые фрагменты, записанные на оборотной стороне свитка папируса PHERC. 1691/1021. С этой целью мы применили анализ основных компонентов (PCA), хорошо известный статистический подход, основанный на исследовательской обработке (14, 16, 25-27). Этот процесс (полная информация о нем в Материалах и методах) обычно используется для получения огромного количества данных за счет уменьшения их размерности или переменных (диапазонов длин волн) и для создания классификаций. PCA создает новое пространство данных с новыми осями, что максимизирует дисперсию исходных данных. Первая новая ось, называемая главной составляющей 1 (PC1), которая основана на линейной комбинации переменных (здесь следует понимать как длину волны), содержит наибольшую дисперсию всего куба данных; вторая ось (PC2), которая перпендикулярна первой, содержит наибольшую оставшуюся дисперсию и так далее. Взглянув на PC3, мы могли без всяких сомнений прочитать в разных местах на оборотной стороне папируса группы букв и слов, распределенных по нескольким строкам. В нашем случае PC3 содержит всего 0,4% от общей дисперсии гиперспектрального куба данных. В пределах этого очень небольшого разброса данных мы смогли визуализировать чернила как с прямой, так и с обратной стороны в разных точках. Это означает, что PC3 более четко усиливает спектральные различия в кубе данных. Спектры двух чернил, расположенных на каждой стороне папируса, очевидно, одинаковы, только со смещением глобального коэффициента отражения из-за толщины папируса, как “спектрально” показано на рис. 1А. В частности, на графике загрузки PC3 длины волн при более высоких весах составляют около 1000, 1300 и 1680 нм и от 2300 до 2500 нм (рис. 1B). Эти комбинации полос в диапазоне SWIR проникают глубже в материю, если никакие прямые чернила не мешают свету. Однако спектры чернил с обратной стороны не могут быть изолированы, поскольку уровень отражения аналогичен уровню чернил на лицевой стороне (рис. 1А). Мы обнаружили одинаковые спектры отражения и графики нагрузки, представленные на рис. 1, во всех девяти фрагментах папируса, проанализированных в этом исследовании. Изображение PC2 усиливает волокна папируса, так что надпись проступает менее четко, чем через PC1 и PC3, которые вместо этого дают более однородный фон. Результаты, полученные с помощью PC1, будут обсуждаться в следующем параграфе (раздел “Улучшение recto”). РИС. 1 Данные визуализации чернил HSI.Репрезентативные спектры отражения (2 × 2 пикселя) папируса и двух чернил (recto и verso), извлеченных из куба данных SWIR HSI (A), и репрезентативные графики загрузки PC3 (B) и PC1 (C), рассчитанные на его основе.

Обнаружение нескольких фрагментов текста, записанных на оборотной стороне PHERC. 1691/1021, было подтверждено сравнением с соответствующими оксоновскими рисунками, где можно было легко идентифицировать одни и те же отрывки. Эти части локализованы в PHerc. 1021, cornici 1-2 и, как оказалось, принадлежат первым пяти колоннам verso, о которых свидетельствуют рисунки Oxonian (cols. Z, Y, X, V и T). На рис. 2 текстовые столбцы, расположенные на оборотной стороне, выделены красными вертикальными линиями. Конкретные области, где проходы от верса сравнительно хорошо видны (как правило, в соответствии с межколонным пространством на recto или между ее линиями), отмечены голубыми многоточиями. Всего было отмечено шестнадцать проходов. Однако многие другие выцветшие буквы и последовательности букв, которые не могут принадлежать recto, появляются здесь и там между строками в последнем. Их идентификация и сравнение с оксоновскими рисунками потребует больше времени и усилий. Идентификация в cornici 1-2 текстовых фрагментов, принадлежащих первым пяти столбцам verso, также позволяет точно определить относительное расположение этих последних и в основном подтверждает их прежнюю локализацию по “морфологическим” признакам (10).

Один из наиболее заметных примеров текстовых фрагментов, которые мы обнаружили на оборотной стороне, представлен verso col. V, который находится в PHerc. 1021, карниз 2 между прямыми кольцами. 5 и 6 (рис. 3). На изображении при 950 нм этого фрагмента папируса, ранее сделанном командой из Университета Бригама Янга (12-13), мы не видим никаких следов письма в межколонном пространстве между этими двумя прямыми столбцами (рис. 3A), тогда как на гиперспектральном изображении PC3 SWIR мы читаем четко различимые буквы и слова, распределенные по 15 строкам в одном и том же месте (рис. 3B). Здесь они выглядят зеркально отраженными по очевидной причине, по которой текст на оборотной стороне также регулярно перемещался слева направо (рис. 3C). При горизонтальном вращении его с помощью любого стандартного компьютерного программного обеспечения текст с обратной стороны отображается в правильном направлении (рис. 3D). Это облегчает сравнение с соответствующим оксоновским рисунком (рис. 3F), где рассматриваемый отрывок кажется сразу узнаваемым и с которым он идеально совпадает (рис. 3E).

Иногда, когда они перекрываются соответствующими отрывками из оборотной стороны, полученными с помощью SWIR HSI, оказывается, что оксоновские рисунки ошибочно скопировали ту или иную букву. Приведем лишь несколько примеров: В колонке V, 3 рисунок неправильно интерпретирует омикрон (ο) как сигму (ϲ); в колонке V, 6 на рисунке есть тета (θ), но гиперспектральное изображение SWIR четко указывает на сигму (ϲ), как уже предполагали редакторы по лексическим / грамматическим причинам. Другие ошибки более важны. В строке 4 гиперспектральное изображение SWIR настоятельно указывает на чтение τιν вместо οτο, что ставит под сомнение реконструкцию всего фрагмента. Эти примеры однозначно доказывают, что отрывки из verso, полученные с помощью SWIR HSI, помогают правильно восстановить исходный текст. Таким образом, несмотря на ограниченное в настоящее время увеличение читаемого текста с оборотной стороны, это остается основным источником для текстовой реконструкции и иногда оказывается решающим для нее. Помимо обнаружения уже известного текста из verso, некоторые новые текстовые отрывки verso, которые ранее были нам неизвестны, были неожиданно идентифицированы с помощью SWIR HSI. Это случай verso col. T. Оксоновский рисунок предполагает, что эта колонна не доходила ниже первой верхней трети папируса и что по какой-то причине она была довольно короткой (рис. S2E и S4A). Гиперспектральное изображение PC3 SWIR той же колонки ясно показало неожиданный текст с обратной стороны даже в нижней части папируса (рис. S4B). Вновь найденный текст может либо принадлежать к той же колонке, либо, в качестве альтернативы, представлять собой другое и независимое текстовое дополнение. Его точная функция будет выяснена в ходе углубленной редакторской работы над текстом папируса. В любом случае, это открытие имеет большое значение для строения текста и будет должным образом учтено в новом к издании PHERC. 1691/1021, которое К. Флейшер в настоящее время готовится. Еще одно открытие, по-видимому, подтверждает то, что, судя по тому, что говорят нам рисунки, казалось возможным только раньше. Первые три столбца с обратной стороны (cols. Z, Y и X), по-видимому, принадлежат руке, отличной от руки recto и остальных девяти столбцов verso. Как известно, Дж. Кавалло отнес последнюю к группе F своей классификации рук Геркуланума и датировал ее второй четвертью первого века до нашей эры (21). Это подразумевает, что первые три столбца из оборотной части были добавлены другим писцом (или, возможно, даже самим автором). Палеографическое описание этого нового почерка и последствия этого обстоятельства для вопросов, связанных с изготовлением рукописи, будут обсуждены позже.

Усовершенствование recto

Помимо раскрытия текста с обратной стороны, SWIR HSI существенно повысил разборчивость текста, лежащего на лицевой стороне, создавая гораздо более высокий контраст между письмом и папирусной подложкой, чем в случае предыдущей визуализации при 950 нм (неправильно называемый MSI; см. Выше). На рис. 4 сравниваются два изображения одного и того же фрагмента папируса (рис. 1691/1021, карниз 4). Они были соответственно получены с помощью предыдущей визуализации при 950 нм командой из Университета Бригама Янга (рис. 4A) и через SWIR HSI самостоятельно после нанесения PCA (рис. 4B). Наилучший контраст между чернилами из recto и папирусной подложки был получен путем визуализации фрагмента с помощью PC1, который собирает 93,8% от общей дисперсии куба данных. График нагрузки PC1 указывает на значительный вес в диапазоне от 1000 до 1300 нм, как показано на рис. 1C. Эта область отображает самую большую спектральную разницу, которая представляет собой простую рампу для спектров отражения папируса (рис. 1А). В диапазоне SWIR чернила на основе углерода поглощают инфракрасный свет намного лучше, чем папирусная подложка. Напротив, в предыдущих изображениях при 950 нм как спектральное разрешение (количество полос), так и количество длин волн в инфракрасном диапазоне (была выбрана только одна полоса при 950 нм), возможно, недостаточно и недостаточно далеко в инфракрасном диапазоне для получения приемлемого контраста (12-13).

Более высокий контраст, полученный с помощью SWIR HSI путем применения PC1, позволил нам прочитать в каждом столбце несколько новых букв и слов, которые ранее были неразборчивыми. Некоторые отрывки, в которых до сих пор ничего нельзя было прочесть с уверенностью, теперь кажутся четко разборчивыми. На некоторых других, где чтение было затруднено, а следы чернил нельзя было должным образом отличить от темно-серого фона папирусной основы, теперь видны буквы, которые можно идентифицировать без тени сомнения. Применение SWIR HSI для PHerc. 1691/1021 позволил нам прочитать в среднем примерно на пять слов больше в колонке по сравнению с предыдущим изображением при 950 нм, при этом общий текстовый прирост составил более 150 новых слов для всего документа. Это позволило полностью реконструировать некоторые отрывки и существенно доработать другие. Более того, многие неопределенные толкования отрывков, которые из-за недостаточного контраста до сих пор считались в высшей степени гипотетическими, теперь оказываются достоверными или очень вероятными. В других случаях новые изображения побудили нас отказаться от прежних чтений и дополнений других ученых. Чтобы показать, насколько плодотворен SWIR HSI для строения текста, мы выбрали отрывок из PHerc. 1021, col. 19, 38-39 Fleischer. До сих пор ученые читали в этом месте греческое слово κη|λουμένους, “очарованный” или “околдованный”. Основываясь на изображении при 950 нм, ранее полученном командой из Университета Бригама Янга (12-13), это показание казалось как оправданным, так и совместимым с сохранившимися следами, поскольку они были довольно размытыми и допускали множество различных реконструкций (рис. 5А). На этом изображении низкий контраст между чернилами и фоном папируса, казалось, позволял, помимо прочих возможностей, использовать последовательность букв κη-. Даже количество букв в конце строки было неопределенным. Напротив, новое гиперспектральное изображение SWIR этого прохода (рис. 5B) четко показывает в конце строки 38 нижнюю и правую часть дельты (δ), затем омикрон (o) и, наконец, ипсилон (ν). Новое слово, возникающее из этого, без всякого сомнения, δου|λουμένους, “порабощенный”. Здесь не место обсуждать философские последствия этого нового прочтения, но этого примера достаточно, чтобы показать, как этот метод может способствовать улучшению греческого текста драгоценной книги, раскрывая новую информацию о древнегреческих философах и их школах.

Примечания на полях

Как упоминалось выше, в документе PHERC. 1691/1021 показано несколько аннотаций на полях, добавленных либо в верхнем, либо в нижнем поле над или под некоторыми столбцами текста в правом верхнем углу. Эти примечания, по-видимому, были добавлены после того, как был написан первый черновик папируса (возможно, или, вероятно, писцом, отличным от того, кто составил основной текст), и, вероятно, предназначались для включения в него. Поскольку на них изображены буквы гораздо меньшего размера, чем в основном тексте, и они размещены в наиболее поврежденных частях папируса, эти аннотации с трудом читаются невооруженным глазом или даже с помощью предыдущей визуализации при 950 нм. В большинстве случаев из них нельзя извлечь ничего существенного, а некоторые аннотации даже полностью игнорировались бывшими редакторами книги. Применяя к ним SWIR HSI с более высоким пространственным разрешением (30 мкм) через макрообъектив, контраст между письмом и папирусной подложкой был значительно улучшен по сравнению с предыдущими изображениями при 950 нм. Как следствие, примечания на полях теперь гораздо более удобочитаемы, чем раньше, и могут способствовать существенным текстологическим открытиям и улучшениям. Во многих случаях они предоставляют нам текст, который до сих пор был совершенно неразборчивым. Чтобы проиллюстрировать этот прогресс, мы выбрали одну такую аннотацию на рис. 6. Здесь изображение при 950 нм, ранее сделанное командой из Университета Бригама Янга (12-13) (рис. 6A) сопостовляется с двумя различными гиперспектральными изображениями SWIR, полученными на PC1 и PC3 (рис. 6B и рис. 6C). В обоих случаях контрастность и разборчивость текста кажутся намного выше, чем на изображении при 950 нм. В частности, изображение PC1 (рис. 6B) демонстрирует наилучший контраст между чернилами и папирусной подложкой. Однако, по крайней мере, в некоторых местах отверстия обманчиво отображаются в виде чернил. В отличие от этого, изображение PC3 (рис. 6C) не имеет этого неудобства и иногда отображает буквы более корректно.

ОБСУЖДЕНИЕ

Данная работа показывает, что SWIR HSI способен как раскрывать текст, скрытый на оборотной стороне древних развернутых папирусов, так и существенно улучшать разборчивость текста, находящегося на лицевой стороне. Что касается оборотной стороны, выявлено несколько текстовых фрагментов, тем самым подтвердив их существование и локализацию, как было установлено в недавних исследованиях (10). Кроме того, обнаружены новые текстовые фрагменты, ранее неизвестные. Что касается recto, прочитаны отрывки как в основном тексте, так и в аннотациях на полях, которые ранее были неразборчивыми либо человеческому глазу, либо с помощью микроскопа и предыдущей визуализации при 950 нм, что привело к существенному текстовому прогрессу по сравнению с прежними спектральными методами. Учитывая этот успех, кажется необычным, что мы не смогли обнаружить никаких текстовых фрагментов за PHerc. 1021, cornici 4-5, где остальные семь столбцов verso (cols. S, R, Q, P, O, N и M) должны быть записаны. В абсолютном выражении, учитывая, что толщина папируса регулярно постоянна в каждом отдельном рулоне (за исключением соответствия коллесису, т.е. локализованного перекрытия между двумя листами), различная пропускная способность света через cornici 1-2 и cornici 4-5, в зависимости от гипотетической разницы в относительной толщине папируса, теоретически не представляется разумным объяснением этой проблемы. Однако, поскольку фрагменты 1-2 находятся в худшем состоянии сохранности, чем следующие фрагменты папируса, включая фрагменты 4-5 (первые кажутся изношенными, а их волокна менее прочны, чем в других фрагментах), это может оправдать небольшую случайную разницу в толщине папируса по сравнению с другими фрагментами папируса и, следовательно, различную способность проникновения света через них. В любом случае, это обстоятельство вряд ли может опровергнуть фактическое существование остальных семи столбцов verso. Просто нереально поверить, что на самом деле существует только несколько столбцов из оборотной стороны и что другая согласованная группа совершенно похожих столбцов, которые успешно интегрируют текст, лежащий на лицевой стороне, является продуктом воображения исследователя 18-го века. Остается верным, что после нашего эксперимента больше не может быть никаких сомнений в существовании текстовых фрагментов на оборотной стороне PHERC. 1691/1021. Говоря в более общем плане, в то время как контраст, создаваемый SWIR HSI, намного превосходит контраст, полученный с помощью предыдущих изображений при 950 нм, пространственное разрешение, которое мы применили к основному тексту, ниже, чем у последнего, так что отверстия и тонкие трещины или морщины в папирусе иногда ошибочно отображаются как чернила. На данный момент только сравнение с оригинальной рукописью или соответствующими изображениями при 950 нм позволяет легко обнаружить эти обманки. С другой стороны, высокое разрешение, которое мы применили к аннотациям на полях, хотя и дало отличные результаты с точки зрения контрастности и разборчивости, вызвало некоторые трудности с фокусировкой, а чрезвычайно низкая глубина резкости негативно сказалась на качестве гиперспектрального макроизображения SWIR. Обе проблемы, возникшие из-за двух разных объективов, доступных нам во время нашего эксперимента, могут быть соответствующим образом решены в будущем с помощью объектива, обеспечивающего промежуточное пространственное разрешение около 100 мкм. Поскольку чернильный штрих в PHERC. 1691/1021 в среднем имеет ширину около 0,5 мм, разрешение, аналогичное этому, было бы достаточным (0,5 мм равно 5 пикселям). Несколько новых текстологических открытий и улучшений, сделанных в результате применения SWIR HSI к PHERC. 1691/1021, учитываются в новом издании "Истории академии Филодема", которое в настоящее время готовит К. Флейшер. Подборка гиперспектральных изображений SWIR будет доступна в открытом доступе в онлайнцифровом хранилище, которым управляет Национальная библиотека “Витторио Эмануэле III” Неаполя. Превосходные результаты, полученные с помощью SWIR HSI, открывают новые обнадеживающие перспективы при анализе развернутых папирусов из Геркуланума и поднимают вопрос о том, следует ли и как распространить исследование с помощью этого метода на другие папирусы Геркуланума или даже на всю коллекцию Геркуланума. Судя по успешному делу PHerc. 1691/1021, крупномасштабное исследование всей коллекции папирусов (1840 каталогизированных папирусов) с помощью SWIR HSI значительно увеличило бы общее количество разборчивого текста из папирусов Геркуланума с предсказуемо большим влиянием на реконструкцию и интерпретацию драгоценных работ, которые они нам предоставляют. С этой целью, из-за огромного количества фрагментов папируса, подлежащих сканированию (около 30 000 кадров), необходимо соответствующим образом улучшить настройку. В частности, следует удобно спроектировать/ оптимизировать специальный автоматический лоток для образцов фрагментов папируса и изготовить новые линзы большего размера для более быстрого сканирования образцов, а именно только один раз, вместо четырех или пяти раз на фрагмент. Что касается стратегии визуализации, то оцифровка всей коллекции с помощью визуализации при 950 нм, выполненная в Неаполе в период с 1999 по 2002 год командой из Центра сохранения древних религиозных текстов (ныне Институт религиозных исследований Нила А. Максвелла) Университета Бригама Янга, может быть использована в качестве полезного материала для сравнения (12-13). Команде, которой была поручена эта задача, во главе с С.В. Боорасом и Д.Р. Сили, потребовалось около 8 месяцев, чтобы сфотографировать всю коллекцию папирусов с помощью специально адаптированной 8-бит цифровой камеры Kodak Mega Plus 6.3i, 2000 × 3000. Использование более подходящего оборудования, подобного описанному выше, могло бы значительно сократить это время. С этой целью запуск новой европейской исследовательской инфраструктуры для науки о наследии (ERIHS), которая в настоящее время готовится и вступает в фазу эксплуатации в 2022 году, может стать отличной основой для реализации этой инициативы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Гиперспектральная визуализация

Технология SWIR HSI сочетает в себе системы получения изображений и спектрометра отражения. Запись изображения называется гиперспектральным кубом данных. Это определяется двумя пространственными измерениями (x, y) и одним спектральным измерением (z), что означает, что каждый пиксель изображения содержит спектр отражения. Изображения были получены с помощью спектрографа, соединенного с детектором теллурида кадмия ртути со стабилизированной температурой охлаждения (MCT) [9,6-мм детектор, имеющий 320 (пространственных) пикселей × 256 (спектральных) пикселей] с использованием pushbroom метода сканирования. Эта камера (IMSPECTOR N25E; Specim, Финляндия) охватывает спектральный диапазон SWIR (от 970 до 2500 нм). Время интеграции и скорость сканирования были установлены на 3,5 мс и 41,7 мм/с соответственно. Были использованы две линзы: Первый (OLES56; фокусное расстояние 56 мм) имеет пространственную дискретизацию 200 мкм при рабочем расстоянии 380 мм и поле зрения, охватывающее 60 мм. Последний (макрообъектив; фокусное расстояние 73,3 мм) имеет пространственную дискретизацию 30 мкм при рабочем расстоянии 100 мм и поле зрения 10 мм. Каждый фрагмент папируса был отсканирован с помощью объектива OLES56. Для получения изображения каждого отдельного фрагмента с адекватным пространственным разрешением требовалось четыре или пять сканирований. Изображения, полученные таким образом, были вручную объединены в один куб данных. Макрообъектив использовался только для изображения очень крошечных аннотаций на полях, расположенных в трех разных фрагментах папируса (карниз 1, верхний край, стр. 4; карниз 2, нижний край, стр. 5, стр. 7, стр. 8 и верхнее поле, кол. 7-8; и карниз 4, нижний край, стр. 19). В качестве источников освещения использовались две рампы из трех 35- ваттных галогенных ламп (по одной с каждой стороны детектора). Они были закреплены вместе с камерой и перемещались по моторизованной штанге. Все эти измерения представляют собой умеренную совокупную экспозицию в 14 lux часов для каждого фрагмента папируса.

Экспериментальный проект

Перед началом любого анализа данных мы нормализовали гиперспектральный куб данных, используя белые и черные изображения. Эталонный рассеянный белый (коэффициент отражения 99%; Spectralon), охватывающий все поле зрения детектора, сканировался как на каждом изображении /сканировании, так и отдельно для преобразования результирующих кубов изображения в коэффициент отражения. Кроме того, при каждом кадре с помощью встроенного затвора регистрировалась темновая ссылка, позволяющая количественно оценить электронный шум детектора. Наконец, мы спектрально изменили форму куба данных, вычитая первые длины волн, которые были слишком шумными. В результате мы работали с данными от 1000 до 2500 нм.

Статистический анализ

После попытки базовой обработки изображений, такой как вычитание длин волн, спектральная обрезка куба данных, удаление континуума, соотношение полос и спектральная производная, был применен статистический анализ. В частности, в этом исследовании PCA использовался для обработки куба данных, полученного с помощью HSI в диапазоне SWIR (от 1000 до 2500 нм) (25). Этот процесс, применяемый либо к данным MSI, либо к данным HSI, представляет собой хорошо известный статистический подход, основанный на исследовательской обработке для изучения материалов, составляющих произведения искусства (16, 26), и повышения удобочитаемости древних рукописей и папирусов (27). PCA обычно используется для обработки огромного количества данных путем уменьшения их размерности или переменных (диапазонов длин волн) и для создания классификаций. PCA создает новое пространство данных с новыми осями, что максимизирует дисперсию исходных данных. Первая новая ось, называемая PC1, которая основана на линейной комбинации переменных (здесь подразумевается длина волны), содержит наибольшую дисперсию всего куба данных; вторая ось (PC2), которая перпендикулярна первой, содержит наибольшую оставшуюся дисперсию и так далее. После того, как PCA был выполнен на нашем нормализованном кубе данных, были визуализированы и оценены только PC1-PC10, которые собрали 99,99% от общей дисперсии (как правило, изображения ПК становятся действительно шумными от PC6 или PC7). Взвешивание каждого диапазона длин волн для каждого ПК представлено на графике загрузки, что потенциально полезно для понимания влияния или вклада различных диапазонов. Калибровки изображений спектра отражения и анализ данных (включая PCA) проводились с использованием программного обеспечения ENVI (Harris Corporation, США). После расчета PCA все изображения были растянуты вручную с помощью программного обеспечения ENVI, а затем увеличены с помощью ImageJ (Национальные институты здравоохранения, США).

Благодарности

Мы благодарим Национальную библиотеку “Витторио Эмануэле III” Неаполя и ее директора Ф. Меркурио за предоставление разрешения на проведение эксперимента; бывшего директора Officina dei Papiri Эрколанези С. Мареску за организацию дополнительного рабочего пространства и времени для этого; и его нынешнего директора Ф. Диоцци и руководителя Фотографического бюро А. Пинто за предоставление нам стандартной репродукции PHERC. 1021. Мы сердечно благодарим Б. В. Силеса (Университет Кентукки) и Р. Пинтауди (Университет Мессины) за рецензирование и проверку этой статьи. Финансирование: Доступ к платформе MOLAB был предоставлен в рамках деятельности по доступу к исследовательской инфраструктуре в рамках Программы Европейского союза H2020 (грантовое соглашение IPERION CH № 654028). Мы с благодарностью отмечаем финансовую поддержку со стороны Индивидуальной стипендии REA Марии Склодовской-Кюри 703798-Acadhist (EC, H2020, “People”) и Фонда наук о наследии/Equipex Patrimex (ANR-11-EQPX-0034). Вклад автора: G.R. предложил и подготовил эксперимент и написал введение. A.T. и C.A. координировали эксперимент и сканировали образцы. A.T. выполнил анализ данных и написал научную часть статьи. К.Ф. написал папирологическую часть. А.Т., К.Ф. и И.Б. разработали рисунки. Ф.П. и М.П. участвовали в эксперименте и внесли свой вклад в теоретическое обсуждение. Г.Р., К.А. и А.С. пересмотрели и доработали рукопись. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов, содержащихся в статье, представлены в статье и/или Дополнительных материалах. Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.