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.