CC BY
35М.Б. Далибандо, Д.А. Золотарев
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЛИЖНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РЕСТАВРАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИИ ФОТОДОКУМЕНТОВ
Неудовлетворительное состояние сохранности значительной части архивных и музейных фотодокументов затрудняет получение с них полноценной изобразительной информации. Для реконструкции поврежденных фотоизображений применяются химические, фотографические и физические методы. Из них только фотографический (репродукционный) гарантирует неизменность химического состава и физических свойств предмета в процессе его применения, то есть является единственным неразрушающим бесконтактным методом. Фотографический метод основан на изготовлении с оригинала фотографической копии (репродуцировании) с использованием всего арсенала специфических фотографических приемов, позволяющих улучшить визуальное восприятие изображения. Появление в свое время инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) фотографии значительно расширило возможности репродукционного метода. Невидимые для человеческого глаза, но фиксируемые фотоприемником (фотопленкой или полупроводниковым сенсором) ИК и УФ излучения позволяют визуализировать скрытую для видимого света информацию. Однако, широкое внедрение инфракрасной и ультрафиолетовой фотографии в музейную исследовательскую деятельность мало коснулось области реставрации фотодокументов. В эпоху «серебряной» фотографии такое положение можно объяснить недостаточным вниманием к фотодокументам как объектам культурно-исторического наследия. Современные цифровые фотографические методы редко используют невидимые излучения из-за технологических сложностей их применения при фотосъемке и сканировании. Зачастую восстановленные в графическом редакторе изображения красиво выглядят, но теряют свою документальность, искажаются и становятся информационно ущербными. В статье описан опыт создания инфракрасного фотографического комплекса и применение его для улучшения визуального восприятия поврежденных фотографических изображений. Показано, что современные технологические решения расширяют возможности фотографического способа реконструкции в хранительской и реставрационной практике.
Ключевые слова: фотодокумент, серебряное зеркало, фотонегатив, сульфид серебра, инфракрасная фотография, визуализация, химическая деградация, бесконтактный, оптическое излучение, 940 нанометров.
M.B. Dalibando, D.A. Zolotarev
THE USE OF NEAR-INFRARED RADIATION IN THE RESTORATION AND STUDY OF PHOTOGRAPHIC DOCUMENTS
Among the available methods - chemical and physical - which are prac-ticed now to reconstruct damaged images of photographic materials in archive and museum collection only the method of photographic reconstruction is com-pletely non-invasive. It guarantees the stability of image material structure after-wards this method performing which means, in particular, no threat of thermal or photochemical degradation. Image reconstruction mentioned here does not mean the improving of digital image copy in photographic redactor computer programs but implies scientific techniques of light production and registration, especially in UF and IR spectrum. These techniques are generally accessible and have been frequently used in the heritage investigation projects, but till resent time photo-graphic materials were underestimated as the objects of such projects. Unlike dig-ital graphic reconstruction that gives nice improved pictures but with the lack of authenticity in the case of scientific UV and IR image scanning we get reliable visual data so it can be declared truly documental reconstruction. Several tech-nical advances were required to develop a scanning set proper for dealing espe-cially with photographic objects. In this article we describe the experience of de-veloping such a set, its properties and opportunities in archive and museum prac-tice.
Keywords: photography, silver mirroring, photographic plate, silver sulfide, infrared photography, visualization, chemical degradation, contactless, optical radiation, 94 nanometers.
Повреждения фотодокументов ухудшают не только их материальную и физическую сохранность, но и влекут за собой уменьшение информационной ценности экспонатов. Потеря интеллектуальной составляющей предмета может вызывать даже сомнения в необходимости сохранения его в коллекции музея. Или же предмет на долгие годы выходит из зоны внимания специалистов и переходит в разряд второстепенных. В будущем он может быть «открыт» заново или же, при плохих условиях хранения, потерять свою исследовательскую ценность уже навсегда.
Государственная программа по созданию публичных электронных каталогов экспонатов музеев заострила проблему получения полноценной информации с поврежденных предметов. Если фотографическое изображение значительно искажено из-за деградации эмульсионного слоя, то цель создания открытых цифровых каталогов - предоставить полные знания о предмете для специалистов и широкой публики - оказывается во многом недостижимой (ил. 1).
Ил. 1.
Скриншот страницы экспоната (КАМИС)
Фотодокументы имеют многослойное строение. Изображение строится в эмульсионном слое толщиной лишь в несколько микрон, а зёрна вещества, формирующие фотографическое изображение, имеют размеры в десятые и сотые доли микрона. Поэтому даже незначительные механические, химические или биологические повреждения предмета приводят к искажению или потере фотографической информации. Например, цветные пятна на поверхности или внутри эмульсионного слоя фотографических негативов создают непреодолимое препятствие для прохождения света и полностью или частично скрывают детали изображения при получении цифровой копии или печати на фотобумагу (ил. 2).
В 2017 г. Государственный исторический музей совместно с фондом «Московское время» представил 130 фотографий на выставке «Москва в фотографиях Губарева». В нашей мастерской реставрации фотодокументов была выполнена аналоговая фотопечать с авторских негативов. В результате реставрационного осмотра выяснилось, что с третьей части отобранных негативов не может быть осуществлена фотографическая печать выставочного качества из-за значительных химических повреждений. Во многих случаях наличие плотных коричневых пятен, маскирующих изображение, затрудняло идентификацию сюжетов и предварительный визуальный отбор. Лишь в ходе реставрационных мероприятий, подразумевающих химическую обработку, удалось подготовить фотографические негативы к аналоговой фотопечати. Мониторинг коллекции негативов Александра Губарева привел к выводу,
что % из нескольких тысяч авторских негативов подвержены химической деградации различной степени тяжести.
Ил. 2.
Фотоотпечаток с поврежденного негатива
Ситуация с этой коллекцией не единична. Время, ненадлежащие условия хранения и использования предметов, а также их собственные физико-химические свойства наносят непоправимый ущерб сохранности значительного объема уникальных исторических памятников, коими являются фотодокументы. В таких условиях исключительное значение приобретает создание образа, копии предмета, отображающих его актуальное состояние. И необходимо приложить все возможные усилия для того, чтобы при создании такой охранной копии максимально достоверно восстановить и сохранить информационное содержание поврежденного фотодокумента.
Сейчас при поступлении фотодокументов на реставрацию все чаще обсуждается возможность и способы реконструкции угасающих изображений. В мире не существует единой методики, решающей такую задачу. Выбор приема восстановления угасшего фотоизображения зависит от характера и степени повреждений. Это может быть использование проверенных десятилетиями методов или обращение за помощью к современной науке и технологиям. Часто в работе используется сочетание различных подходов.
Прежде всего, методы реконструкции изображений являются либо разрушающими, то есть приводящими к изменению физического состояния предмета, либо неразрушающими, бесконтактными, - без воздействия на предмет (ил. 3). Современная мировая тенденция в работе с музейными предметами все чаще отдает предпочтение последним.
Среди разрушающих методов самым старым и разработанным является химическая реставрация, при которой фотодокумент локально или целиком обрабатывается в водных химических растворах. Это пока единственный способ, позволяющий восстановить угасающее фотографическое изображение на самом предмете. Однако риски для актуальной и будущей сохранности предмета после химической обработки так велики, что с конца прошлого века в мире практически отсутствуют публикации и обсуждения опыта химической реставрации фотодокументов.
РАЗРУШАЮЩИЕ
(изменение физи'ьесиога состадн ии предмета]
НЕРАЗРУШАЮЩИЕ
(без изменения фнз ического состояния предмет»}
химические
(ойни? ЧЛИ л<яий|>мм химическое- £ш
ФИЗИЧЕСКИЕ
(рслтгеновсное и облучгчнс)
ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ
(облучение видимого, УФ, ЙК-спектра]
Ил. 3
Методы восстановления изображений фотодокументов
Визуальный эффект, достигаемый при обработке в химических растворах, не является основанием для массового применения этих способов в реставрационной практике. Химические методы могут использоваться специалистами лишь в тех случаях, когда это действительно необходимо для обеспечения сохранности предметов.
С 6о-х гг. прошлого века в реставрационной практике стали применяться так называемые физические методы восстановления изображений. Практически все они основаны на облучении предметов рентгеновским, гамма- и бета-излучениями. А, например, при авторадиографии в состав эмульсионного слоя вводятся радиоактивные изотопы химических элементов, что требует обработки в химических растворах.
Несмотря на положительные результаты при реставрации фотодокументов, такие методы не получили широкого распространения. Не было сделано однозначного заключения о безопасности жесткого излучения для сохранности фотодокументов. Поэтому эти методы следует относить к разрушающим. Необходимость работы с источниками радиоактивного излучения, дороговизна, долгая и тщательная подготовка предмета к облучению ограничивают применение таких способов лишь решением разовых задач на уровне эксперимента1.
Единственным признанным неразрушающим методом восстановления изображений является так называемый фотографический способ. В России разработка этого метода связана с именем Евгения Федоровича Буринского, который на рубеже Х1Х-ХХ вв. изучал возможности фотографического воспроизведения в криминалистической экспертизе и музейном деле2. Этот метод, известный также как репродукционный, основывается на научных принципах получения фотографического изображения. При изготовлении с оригинала фотографической копии применяется весь арсенал специфических фотографических приемов, позволяющих улучшить визуальное восприятие изображения или получить не видимую невооруженным глазом информацию.
Практически все современные неразрушающие методы восстановления изображений фотодокументов основаны на принципе фотографической репродукции. Вместо трудозатратного и дорогого процесса фотографирования на фотопленку с последующей химико-фотографической обработкой отснятого фотоматериала сейчас используются цифровые технологии. Цифровая копия изображения, полученная с помощью сканера или фотокамеры, обрабатывается в среде графического редактора до достижения необходимого результата. У широкой публики
реставрация фотодокументов сейчас прочно ассоциируется с цифровой обработкой изображений.
Действительно, цифровые технологии в большинстве случаев успешно справляются с задачей реконструкции изображений. Однако далеко не всегда удается достичь желаемого результата. И дело не в ограниченных возможностях программного обеспечения, а в качестве информации, поступающей на обработку в графический редактор. Самые современные алгоритмы обработки цифровой информации, такие как нейронные сети, требуют максимально возможного количества данных о предмете. Использование при обычной фотосъемке или сканировании только видимого оптического излучения ограничивает возможности фотографического метода даже в современном, высокотехнологическом его варианте.
Уже в первой половине XX в. излучения невидимых инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов стали использоваться во многих областях прикладной фотографии. Метод получения информации с помощью репродукционного процесса приобрел новые возможности. Облучение архивных документов или произведений живописи невидимыми лучами позволяло визуализировать скрытую для видимого света информацию3.
Однако, широкое внедрение инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) фотографии в музейную исследовательскую деятельность мало коснулось области реставрации фотодокументов. Лишь небольшое количество публикаций прошлого века отражает интерес к использованию невидимых спектров излучения при реставрации и изучении фотодокументов. Возможно, тогда это было связано с ограниченными возможностями визуализации с помощью аналоговой ИК и УФ фотографии или с отсутствием заслуженного внимания к проблеме сохранности фотодокументов.
Внедрение цифровой фотографии в реставрационную практику не изменило ситуацию. Напротив, авторы некоторых публикаций обращали внимание на ограниченные возможности цифровой фотографии в невидимом спектре по сравнению с аналоговой4.
Несмотря на отсутствие методических разработок и пессимистические прогнозы относительно возможностей ультрафиолетовой и инфракрасной цифровой фотографии, мы решили провести самостоятельные эксперименты. Более внимательное изучение технических характеристик сканеров и цифровых фотокамер позволило сделать заключение, что светочувствительные сенсоры этих приборов способны фиксировать сигналы интересующих нас невидимых зон спектров (ил. 4).
Образцы фотодокументов на разнообразных подложках и с различными видами повреждений мы облучали светодиодными монохроматическими источниками излучения в разных диапазонах спектра - от ближнего ультрафиолетового до ближнего инфракрасного. Исследования проводились как в отраженном, так и проходящем свете. Информация, получаемая таким способом, записывалась на цифровую камеру с расширенной спектральной чувствительностью. Эксперимент на первых этапах помогали осуществить сотрудники Института космических исследований РАН.
Самый эффектный результат получился при прохождении инфракрасного излучения с длиной волны 940 нм через фотографические негативы с плотными коррозионными пятнами (ил. 5). Во многих случаях такие проблемные участки,
непроницаемые для видимого и УФ излучения, в ИК лучах демонстрировали наличие фотографического изображения. А цифровая копия при этом обладала полноценной изобразительной информацией, подходящей для использования в храни-тельских и исследовательских целях.
Ил. 4
Типичная спектральная чувствительность сенсоров фотокамер и сканеров
Ил. 5
Желатино-серебряный негатив на стекле. Тип повреждения: цветные пятна химического происхождения. Фотофиксация в проходящем свете
Удачный опыт с негативами и одобрение коллег привели к решению разработать лабораторную установку для изучения поврежденных предметов в проходящем инфракрасном излучении. В качестве приемника ИК излучения мы решили использовать обычный офисный сканер, модернизированный под наши задачи.
В результате был создан портативный Сканирующий комплекс инфракрасного излучения (СКИК), который состоит из блока питания и управления, осветительного устройства, сканера и персонального компьютера (ил. 6). Блок питания и управления совместно с осветительным устройством представляют собой автономную осветительную установку ИК и видимого диапазона спектра, которая может быть использована отдельно от других модулей сканирующего комплекса. Модуль сканера совместно с персональным компьютером являются приемно-записывающей системой и также могут быть использованы автономно для решения различных задач.
Сканирующий комплекс позволяет производить последовательное сканирование в проходящем инфракрасном (940 нм) и видимом диапазонах спектра прозрачных и частично прозрачных для ИК плоских оригиналов размером до 20x30 см, а также производить фотосъемку таких оригиналов в отраженном свете с помощью фотокамеры с расширенной спектральной чувствительностью.
Ил. 6
СКИК - Сканирующий комплекс инфракрасного излучения
Опыт использования комплекса показал, что с его помощью можно проводить массовую оцифровку коллекции негативов с целью каталогизации. Работая с коллекцией негативов, мы включили сканирование в ИК-диапазоне в состав предре-ставрационных исследований и смогли на практике убедиться в преимуществах этого метода. Также положительные результаты были получены при фотографировании поврежденных коррозией дагеротипов в отраженных инфракрасных лучах 940 нм (ил. 7). В этом случае удавалось выявить изображение под плотным налетом продуктов химического преобразования металлического серебра. При этом время, затраченное на проведение ИК-фотосъемки, оказывалось в несколько раз меньше, чем время комплексной химической обработки или, например, процесса рентгеновской визуализации.
Ил. 7
Восстановление изображения дагеротипа разными методами
Имея под рукой экспресс-метод реконструкции изображения, скрытого под слоем пятен и налета, можно существенно ограничить объем реставрационного вмешательства и даже отказаться от химической реставрации фотодокументов в тех случаях, когда риск для их сохранности чрезвычайно велик. Получив в распоряжение исследовательский инструмент, нам захотелось глубже понять природу наблюдаемых явлений при прохождении ИК излучения через фотонегативы с химической деградацией.
Традиционно самый распространенный тип повреждений на желатино-сере-бряных негативах и бумажных фотографиях описывают как «налет металлического серебра с эффектом серебряного зеркала». Однако исследования последних лет
показали, что темно-коричневая пленка, образуемая на поверхности фотографической эмульсии, состоит из сульфида серебра5. В результате частичного окисления зёрен металлического серебра, формирующих изображение, образуются ионы серебра, которые могут мигрировать через желатиновый слой эмульсии к ее поверхности (ил. 8).
Ил. 8
Модель формирования сульфида серебра на поверхности эмульсионного слоя
Соединяясь с серой, источником которой могут быть как газообразные вещества атмосферы, так и упаковочные материалы, ионное серебро образует сульфид серебра. В основном реакция происходит на поверхности эмульсии, приводя к образованию сульфидной пленки толщиной около 100-200 нм с характерным блеском. Частично серебро реагирует с серой вблизи поверхности эмульсионного слоя, образуя пятна желто-оранжевого цвета внутри эмульсии. Наконец, часть ионов серебра не достигает поверхности эмульсионного слоя и восстанавливается до металлического серебра, образуя коллоидное серебро с размером зерен в единицы - первые десятки нанометров. Коллоидное серебро придает фотодокументу желтоватую окраску.
Если принимать такую модель формирования сульфидной пленки на поверхности изображения фотодокументов, то наши наблюдения с помощью ИК излучения говорят о том, что сульфид серебра более прозрачен в ИК излучении, чем в видимом свете (ил. 9). Эксперименты по прохождению инфракрасного излучения через фотопленку с сульфидом серебра подтверждают такой вывод (ил. 10).
Ил. 9
Модель прохождения света через фотонегатив с налетом сульфида серебра
Ил. 10
Прохождение инфракрасного излучения через фотопленку с сульфидом серебра. Фотосъемка в отраженном свете
Для завершения обсуждаемой модели воздействия ИК облучения на разные вещества поврежденной фотоэмульсии остается установить разницу в оптической плотности серебра изображения и сульфидных новообразований.
Исходя из опубликованных данных по оптическим характеристикам тонких пленок серебра и его сульфида можно в сильно упрощенном виде продемонстрировать разницу в их прозрачности в разных зонах оптического спектра (ил. 11). С увеличением длины волны излучения прозрачность пленки сульфида серебра увеличивается. В то же время, прозрачность пленки металлического серебра уменьшается. В пограничном районе спектра между видимым светом и УФ-излучением прозрачность обоих веществ становится практически равной.
Ил. 11
Спектральное пропускание пленки Ад (серебра) и Ag2S (сульфида серебра)
Для проверки такой модели был подготовлен образец желатино-серебряной фотопленки с двумя участками разного химического состава. Часть изображения формируется металлическим серебром, другой участок содержит сульфид серебра, образовавшийся в результате обработки участка фотопленки в щелочном растворе тиомочевины (ил. 12). Тестовый образец фотопленки отсканирован в проходящем видимом и ИК-излучениях. В изображении, полученном при сканировании в видимом спектре, красный, зеленый и синий каналы выделены и показаны
отдельно. Эксперимент в целом подтверждает теоретическую модель и объясняет возможность «видеть» серебряное фотоизображение сквозь пленку сульфида серебра в ИК лучах.
Ил. 12
Спектральное пропускание фотоизображения, состоящего из сульфида серебра (Ag2S)и металлического серебра (Ag)
Интересным результатом анализа теоретической модели и экспериментов является заметное увеличение оптической плотности сульфида серебра в коротковолновой части спектра. Можно прогнозировать перспективность использования ультрафиолетового и синего излучения для восстановления угасших изображений, содержащих сульфид серебра. Мы надеемся, что наша разработка расширит возможности для изучения природы химических повреждений на фотодокументах и идентификации техник получения фотоизображений, а также сможет служить ценным подспорьем в решении практических реставрационных задач.
Примечания
1.. Kozachuk M.S. et al. Recovery of Degraded-Beyond-Recognition 19th Century Daguerreotypes with Rapid High Dynamic Range Elemental X-ray Fluorescence Imaging of Mercury L Emission / M.S. Kozachuk, Tsun-Kong Sham, R.R. Martin, A.J. Nelson, I. Coulthard, J.P. McElhone // Scientific Reports. Vol. 8. 2018. June 22.
2. Буринский Е.Ф. Записка о восстановлении письмен при помощи фотографии // Известия Академии наук. Т. 2. 1895.
3. Косолапое А.Ф. Физические методы изучения произведений искусства. М. : Искусство, 1985. - 192 с.
4. Харитонов А.Г., Константинова Т.В. Сравнительный анализ аналоговых и цифровых технологий для выработки и применения технологических решений, обеспечивающих восстановление угасающих текстов архивных документов. Аналитический обзор. М., 1998. - URL: https://archives.gov.ru/documents/methodics/ obzor_restore-text-archival-document.shtml (дата обращения: 12.08.2022).
5. Di Pietro G. A Local microscopic model for the formation of silver mirroring on black and white photographs, Metal 04 // Proceedings of the International Conference on Metals Conservations, National Museums of Australia. Canberra, 2004. P. 126-136.
1. Kozachuk M.S. et al. Recovery of Degraded-Beyond-Recognition 19th Century Daguerreotypes with Rapid High Dynamic Range Elemental X-ray Fluorescence Imaging of Mercury L Emission / M.S. Kozachuk, Tsun-Kong Sham, R.R. Martin, A.J. Nelson, I. Coulthard, J.P. McElhone // Scientific Reports. Vol. 8. 2018. June 22.
2. BurinskiiE.F. Zapiska o vosstanovlenii pismen pri pomoshchi fotografii // Izvestiya Akademii nauk. T. 2. 1895.
3. Kosolapov A.F. Fizicheskie metody izucheniya proizvedenii iskusstva. M. : Iskusstvo,
1985. - 192 s.
4. Kharitonov A.G., Konstantinova TV. Sravnitelnyi analiz analogovykh i tsifrovykh tekhnologii dlya vyrabotki i primeneniya tekhnologicheskikh reshenii, obespechivayushchikh vosstanovlenie ugasayushchikh tekstov arkhivnykh dokumentov. Analiticheskii obzor. M., 1998. - URL: https://archives.gov.ru/documents/methodics/ obzor_restore-text-archival-document.shtml (data obrashcheniya: 12.08.2022).
5. Di Pietro G. A Local microscopic model for the formation of silver mirroring on black and white photographs, Metal 04 // Proceedings of the International Conference on Metals Conservations, National Museums of Australia. Canberra, 2004. P. 126-136.
Сведения об авторах
Далибандо Маргарита Борисовна - реставратор высшей категории, Исторический музей, заведующий мастерской реставрации.
109012, Москва, Красная площадь, д. 1. Федеральное Государственное бюджетное учреждение культуры «Государственный исторический музей». E-mail: margodalibando@yandex.ru
Золотарев Дмитрий Алексеевич - реставратор второй категории, Исторический музей, художник-реставратор.
109012, Москва, Красная площадь, д. 1. Федеральное Государственное бюджетное учреждение культуры «Государственный исторический музей». E-mail: macmicus@gmail.com
Dalibando Margarita - restorer of the highest category, State Historical Museum, Head of the restoration workshop.
State Historical Museum. Russia, 109012, Moscow, Red Square, 1. E-mail: margodalibando@yandex.ru
Zolotarev Dmitry - restorer of the second category, State Historical Museum, Artist-restorer.
State Historical Museum. Russia, 109012, Moscow, Red Square, 1. E-mail: macmicus@gmail.com
