Какой вид поделки можно выявить в инфракрасных лучах

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Инфракрасная рефлектография (Infrared Reflectography) – неинвазивная (неразрушающая) методика анализа содержимого художественных картин. Имеется в виду анализ содержимого, срытого под слоями видимых красок. Современная методика инфракрасной рефлектографии позволяет исследовать начальные авторские наброски, а также изменения, имевшие место до полного завершения предмета искусства.

Инфракрасная рефлектография: история появления и развития

Визуализация, подобная инфракрасной рефлектографии, используется в области сохранения истории художественного искусства без малого 100 лет. Изначально применялась влажная фотографическая эмульсия и растянутая инфракрасная пленка.

Несколько позже (1960 год) физиком из Голландии (Ван Асперен Де Бур) была разработана более совершенная методика — та самая инфракрасная рефлектография.

Учёный использовал передающие телевизионные трубки (видиконы), благодаря чему удалось получить новые свойства инфракрасного излучения.

Структура ИР: 1 — лак; 2 — пигменты; 3 — подготовка; 4 — холст (полотно); 5 — видимые лучи; 6 — инфракрасные лучи; 7, 8 — отражённые лучи; 9,10 — скрытые слои; 11 — изображение глазами людей; 12 — изображение камерой рефлектографии

Такое оборудование позволяет использовать методы ИР с высоким разрешением и повышенной чувствительностью, раскрывать секреты старинной живописи.

Широко распространенное применение инфракрасной рефлектографии отмечается изучением подкраски живописных художественных творений.

Технология способна показать композиционную технику художника, а также изменения, выполненные как в композиции, так и в живописи.

Довольно часто встречаются изменения на картинах в позиционировании людей или фона природы. Есть даже случаи, когда целые фигуры, будучи нарисованными, так никогда и не были увиденными.

Технология инфракрасной рефлектографии также помогает исследовать время происхождения картины. Так, некоторыми студиями выпускались большое число копий одной картины, которые практически невозможно отличить от оригинала.

Оборудование ИК рефлектографии отличается наличием разнообразных конструкций, начиная от простых устройств 60-х годов и заканчивая современными арсенид-галлиевыми камерами

Однако оригинальные картины, как правило, демонстрируют форменные изменения, пусть даже незначительные. Копии же картин всегда имеют неизменную девственную форму. Это один из тех моментов, который позволяет отличить оригинал от копии.

Принцип действия инфракрасной рефлектографии

Рабочий элемент инфракрасной рефлектографии является отражением источника света от полотна под слоем красок. Этот элемент проявляется наиболее эффективно, когда картина художника имеет белую или светлую основу с предварительным эскизом.

Также отмечается усиление эффекта на картинах, где в качестве инструмента рисования применялся древесный уголь или черная (жжёная) кость.

Инфракрасный свет поглощается этими богатыми углеродом материалами, но отражается от светлого фона. Именно этот контраст способна фиксировать инфракрасная рефлектография (ИР).

Установка ИР рефлектографии: 1 — лампы инфракрасного и видимого света; 2 — ИК-луч приходящий и отражённый; 3 — картина; 4 — видимый луч приходящий и отражённый; 5 — фильтр видимых лучей; 6 — цифровая видео камера

Между тем, очевидной видится проблема, когда начальные наброски и основа покрыты слоями краски. Красящие пигменты обычно не пропускают свет в его видимой части спектра, но способны пропускать лучи света более длинных волн.

Когда художественная картина находится под видимым светом, его поглощение и рассеяние слоями краски столь велико, что краска становится всем тем, что воспринимается взглядом.

Лишь малая доля света достигает основы картины. Но даже тот свет, что проникает за красочные слои, подвержен дальнейшему рассеянию и поглощению на обратном пути.

Только благодаря инфракрасным источникам света, например, таким как вольфрамовая галогенная лампа, отражённые от объектов художеств лучи, дают возможность видеть сквозь краску и соответственно изучать все невидимые (скрытые) элементы живописных композиций.

Простая модель отражения, предложенная Полом Кубелька и Францем Мунк, помогает объяснить теорию подобного явления. Принципиальный подход модели – направление света на картину, и запись отраженных лучей.

Для получения скрытого изображения должна обеспечиваться достаточная разница или контраст между областями света, отражённого от основы (полотна) и поглощаемого элементами скрытого рисунка.

Инфракрасная фотография NIR

Современная рефлектография использует тепловую камеру ближнего ИК излучения в спектральном диапазоне 900-1700 нм. Дополнительно применяются фильтры узкой пропускной способности

Для изучения этой части спектра, как правило, используются стандартные кремниевые датчики, благодаря чему выстраивается достаточно экономичный способ записи информации, полученной с картин в виде слабо проявляющихся слоев краски.

Между тем результат отображения инфракрасной фотографией NIR всё равно содержит большое количество света, рассеянного в слоях краски. Поэтому часто фиксируется относительно небольшой контраст между областями с интересными особенностями и без таковых.

Коротковолновая инфракрасная рефлектография (SWIR)

Доля света, отраженного от девственного полотна, значительно улучшается. Повышается контрастность изображения, открываются возможности для углубленного изучения скрытых слоёв.

Методология рефлектографии SWIR позволяет проводить более точный анализ произведения искусства, более глубже проникать под верхние слои красок

Чтобы иметь возможность в рамках анализа рефлектографии записывать отражённый свет короткой длины волны, необходим специализированный датчик на основе индий-галлий арсенида (InGaAs).

Подобные датчики чувствительны к свету в части спектра 1-1,7 мкм и оптимизированы для получения высоко-контрастных изображений.

Перспективы использования более длинных волн MIR

Логическим видится использование более длинных волн, что должно делать краску более прозрачной и открывать возможности для получения более подробной информации.

Однако, как только достигается часть спектра MIR (диапазон 2 – 20 мкм), появляется проблема теплового излучения.

Теоретически все материалы излучают свет такой длины волны, которая напрямую связана с температурой этих материалов.

В частности, все объекты комнатной температуры излучают свет в области MIR. Этот фактор ограничивает использование диапазона MIR под инфракрасную рефлектографию.

Особенности продуктов художественной живописи

Результаты, полученные методом инфракрасной рефлектографии любой картины, естественно, зависят также от качества самого произведения искусства.

Качество полотна, использованных красок и другие элементы полотен могут оказывать существенное влияние на точность анализа даже при условии применения современной рефлектографии

Существуют две особенности, которые оказывают существенное влияние на результаты ИК-рефлектографии:

Толщина слоя краски.
Компоненты состава краски.

Толщина слоев краски является крайне важным фактором для исследования методом ИР. Картины, созданные тонкими слоями краски, как правило, исследовать проще.

В то же время, картины, написанные толстыми слоями красок, затрудняют анализ, независимо от используемой длины волны на оборудовании рефлектографии.

Состав красок картины также значительно влияет на свойства поглощения и рассеивания. Как правило, древние краски, какие использовались ещё в шестнадцатом веке, лучше воспринимаются оборудованием инфракрасной рефлектографии, нежели современные масляные краски.

Этот момент обусловлен малым размером частиц пигмента, присутствующего в составе современных красок. Такая пигментация более эффективна при рассеивании световых лучей.

Средство, используемое в составе современных красок для суспендирования пигмента, также является более абсорбирующим. Тем не менее, технология IRR остаётся доступной для исследования работ, близких к современности.

Посредством инфракрасной рефлектографии были выявлены интересные особенности шедевров некоторых известных художников:

Пикассо (Picasso).
Винсент Ван Гог (Van Gogh).
Кандинский В. В. (Kandinsky).

Мультиспектральное изображение – MI (Multispectral Imaging)

Мультиспектральный анализ изображений — своего рода прообраз расширенной рефлектографии: 1 — VIS; 2 — RAK; 3 — UVF; 4 — UVR; 5 — IR; 6 — IRFC; 7 — IRF; 8 — IRTR; 9 — IRR

Все мультиспектральные системы визуализации разделяют концепцию записи световых лучей из ряда определенных диапазонов длин волн. Однако эти диапазоны длин волн сильно различаются.

В то время как инфракрасный свет успешно подходит для выявления первичных скрытых начертаний или изменений, мультиспектральный анализ используется для выявления различных особенностей картины.

Мультиспектральные технологии визуализации могут применяться непосредственно в инфракрасном спектре. Вместо изучения света, отраженного от полотна живописи, таким методом определяется свет, рассеянный изнутри слоев пигмента.

Сканированные изображения могут использоваться в сочетании с изображениями, взятыми из видимых частей спектра. Так получают дополнительную информацию о составе пигмента, а также выявляют окраску, области изменения, реконструкции.

В заключении следует отметить: помимо техники отражения и анализа мультиспектрального изображения SWIR, для сканирования картин применяется ещё одна эффективная методика.

Инфракрасная трансмиттография (IRT) — технология, способная передавать информацию не отражением света от картины, а просвечиванием картины насквозь.

Так выявляются элементы, присутствующие за белой грунтовкой. Например: подпись художника или футеровка холста.

О том, как выбрать детектор валют, мы уже рассказали в статье . Теперь рассмотрим механизмы проверки. Выясним, по каким машинопечатным признакам самая надежная детекция, а по каким – минимальная, и назовем тип проверки, обойти который фальшивомонетчики не могут до сих пор.

Способы проверки можно условно разделить на главные и второстепенные (или вспомогательные).

Главные способы детекции

По типу проверки все устройства в основном можно разделить на инфракрасные (ИК), ультрафиолетовые (УФ) и комплексные. Последние сочетают в себе как минимум два вида детекции. В соответствие с этим можно выделить следующие основные способы проверки.

Под воздействием ультрафиолетовых ламп выделяются защитные полоски в структуре бумаги

Комплексная. Устройства сочетают в себе несколько видов детекции. Например, ИК, УФ, магнитную, антистокс. Чем больше признаков, по которым они проверяют подлинность валют, тем надежнее устройство. Единственный минус таких детекторов: в зависимости от количества видов проверки увеличивается их цена.

Описание банкнот разных лет выпуска, их признаки подлинности и машиночитаемые признаки (по ним технические устройства определяют подделку) представлены на сайте Центробанка.

Второстепенные признаки подлинности

Со временем мошенники совершенствуют методы подделки банкнот, и некоторые типы детекции становятся менее актуальными. Они могут выступать как дополнительные способы проверки, но не как основные.

Магнитная краска. Магнитные датчики определяют подлинность по этому признаку. Оптической переменной магнитной краской (OVMI) нанесено изображение герба в правом верхнем углу купюры, а также серия и номера. Этот способ подходит для проверки подлинности долларов.

При наклоне купюры по изображению герба пробегает блестящая полоска

Изображение проявляется на ленте

В зависимости от угла наклона буквы выглядят темными на светлом фоне или наоборот

На сегодняшний момент не выявлено ни одного случая успешной подделки купюр по этому признаку. Одна из самых популярных моделей устройств с этим видом детекции – Dors-210 .

Некоторые производители детекторов сделали этот тип проверки основным

Особенности проверки с помощью комплексного детектора

Комплексные детекторы проверяют купюры по нескольким признакам одновременно. К ним относятся все автоматические устройства (самостоятельно принимают решение о подделке, поэтому человеческий фактор исключен) и некоторые стационарные.

Рассмотрим на примере. Самые современные подделки, которые особенно трудно отличить от подлинных банкнот, – купюры номиналом 5000 руб. Быстрее всего их вычисляют автоматические детекторы. На устройствах установлены датчики, которые проверяют наличие меток и их расположение, состав магнитной краски, бумагу и пр., то есть проводят комплексный анализ.

Цена вопроса

Автоматические детекторы, которые проверяют сразу пачки банкнот, стоят около 30 тыс. руб.
Автоматические, которые работают с каждой купюрой по отдельности, обходятся в среднем в 9 тыс. руб.
Цена комплексных стационарных (обычно они сочетают магнитную, УФ-, ИК-детекцию и проверяют купюры с помощью белопроходящего света) – около 6 тыс. руб. Популярная модель такого детектора – MERCURY D-45 CU . Более удобный и мощный прибор – Dors-1200.

Стационарный детектор Dors-1200

Выбор детектора в зависимости от механизма проверки

Здесь можно выделить два основных критерия.

Необходимо ли исключить человеческий фактор?
Нужна ли самая надежная проверка или можно ограничиться минимальной?

Минимальная проверка включает ИК и магнитную. Более эффективная детекция проводится по трем параметрам: ИК, УФ, магнитная.

Например, главное требование банков к таким устройствам – проверка по четырем машиночитаемым признакам. Обычно это ИК, УФ, магнитная и любая другая (чаще всего по размеру). Поскольку в банках большой объем наличных, то выбирают не детекторы в чистом виде, а счетчики купюр с детекцией. На счетчике обязателен отбраковочный карман: если устройство в процессе проверки пачки купюр обнаружит фальшивку, то отсеет ее и продолжит работу.

Автоматические детекторы периодически перепрошивают через сервис технического обслуживания. Это необходимо, если выходят новые купюры или типы подделок. Процедура занимает 30–60 минут. Ее стоимость – около 1000 рублей.

В криминалистике уже давно используются инфракрасные лучи для получения некоторых сведений, которые необходимы в раскрытии того или иного преступления.

Невооруженный глаз человека воспринимает лучи оптического спектра, лежащие в интервале от 500 до 850 нм. Так, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи, альфа, бета и гамма излучения обычному зрению не подвластны. Из чего можно сделать вывод, что, глаз воспринимает излучения, которые занимают весьма узкую часть электромагнитного спектра. Но самое интересное, конечно же, тепловое излучение доклад, о котором можно найти в интернете, поэтому мы не будем объяснять подробно, что оно собой представляет.

Вместе с тем оптические свойства вещей в невидимых тепловых лучах отличаются от их же свойств в видимом свете. Например, объекты, непроницаемые для видимых лучей, становятся прозрачными для инфракрасных или рентгеновских. В криминалистике это просто необходимость, которая позволяет обнаружить какие-нибудь записи, закрытые пятном красящего вещества или крови, залитые и заклеенные тексты и прочее. Причем необязательно на бумаге, так как тепловое излучение кирхгофа говорит, что все предметы при определенной температуре в равной степени подаются излучению, кроме некоторых.

Инфракрасные лучи, как и было сказано невидимы для человеческого зрения, и обнаруживаются только с помощью специальных агрегатов или приемников, а также на фотографии. Инфракрасные лучи легко проникают сквозь туман, воздушную дымку, слои красителей, бумагу, дерево, эбонит. Но в то же время такие вещества, как графит, сажа, копоть, все соли металлов, поглощают инфракрасные лучи, не пропуская их. При помощи теплового излучения можно увидеть следы пороховой копоти на тканях (это выявляет инфракрасная камера одежда при которой становится полностью прозрачной), обнаружить приписки и иные исправления в документах (например помеченные купюры при ловле взяточника).

Источник инфракрасного излучения — обычно лампа накаливания, а в качестве приемника используется фото или термоэлемент. Работает это примерно так: возле источника света или приемника устанавливается фильтр, пропускающий инфракрасные лучи в определенной зоны. Так, тепловое излучение свойства которого заключается в том, чтобы сделать невидимое видимым очень помогало криминалистике в раскрытии сложных и запутанных преступлений, но не всегда.

Значительно преобразовались возможности использования инфракрасных и лучей в следственном и экспертном исследовании из-за появления электронно-оптических преобразователей. В отличии от фотографических приемников, электронно-оптический преобразователь позволяет непосредственно наблюдать именно изображение, построенное тепловыми лучами на специальном экране. Так, тепловое излучение человека покажет, к примеру, что он прячет в карманах или скажем, следы от иглы на теле наркомана и т.д.

Сегодня, возможно, ни один человек в мире не может представить себе просмотр каналов по телевидению без пульта дистанционного управления. Мне стало интересно почему пульт управления телевизором через зеркало отражается и изменяет канал. Я физику изучаю первый год .

Предмет исследования – свойства инфракрасных лучей.

Объект изучения инфракрасного луча.

Цель: изучить огибания, отражение и поглощение инфракрасных лучей .

Гипотеза: доказать волновые свойства инфракрасных лучей.

Узнать все о инфракрасных лучах.
Провести опыты с целью доказать волновые свойства инфракрасных лучей.

Новизна: опыты с инфракрасным лучом.

Министерство образования Республики Саха (Якутия)

Муниципальное учреждение Управление образования Чурапчинского улуса

МБОУ «Хаяхсытская средняя общеобразовательная школа

Опыты с инфракрасными лучами

Выполнила ученица 7 класса

Руководитель учитель физики

Картузова Ирина Михайловна

Природа инфракрасных лучей

Свойства инфракрасных лучей

Практическая часть (опыты)

Введение.

Сегодня, возможно, ни один человек в мире не может представить себе просмотр каналов по телевидению без пульта дистанционного управления.
Мне стало интересно почему пульт управления телевизором через зеркало отражается и изменяет канал. Я физику изучаю первый год .

Предмет исследования – свойства инфракрасных лучей.

Объект изучения инфракрасного луча.

Цель: изучить огибания, отражение и поглощение инфракрасных лучей .

Гипотеза: доказать волновые свойства инфракрасных лучей.

Узнать все о инфракрасных лучах.

Провести опыты с целью доказать волновые свойства инфракрасных лучей.

Новизна: опыты с инфракрасным лучом.

Теоретическая часть

Инфракрасное излучение физика

Инфракрасные излучатели работают в соответствии с принципом инфракрасного излучения нагретого тела. Физика возникновения инфракрасного излучения тесно связано с процессами, происходящими в атомно-молекулярном строении излучателя.

Изучение свойств инфракрасного излучения

Инфракрасное (ИК) излучение представляет собой электромагнитное излучение длиной волны от 770 нм до 1 мм. В школе особое внимание обращается на то, что это излучение тепловое, т.е. испускается нагретыми телами. ИК-излучение невооружённым глазом не видно.

Инфракрасное излучение или тепловое излучение – это вид распространения тепла и это можно сравнить с теплом от горячей печи, солнца или батареи центрального отопления. Более того, сейчас инфракрасное излучение нашло очень широкое распространение в медицине (инфракрасные бани, стоматология, хирургия…). ИК излучение играет важную роль в теплообмене. Эффект теплового воздействия на организм зависит: от плотности потока, длительности облучения , зоны воздействия, длины волны, которая определяет глубину проникновения излучения в тело человека. Чем выше температура тела, тем больше частота ИК-лучей. Когда человек сидит перед тепловым рефлектором, он нагревается и его тело излучает тепло, если бы человек, нагреваясь, не излучал, то он бы перегрелся и получил тепловой удар. Мы постоянно подвергаемся действию ИК-лучей, это любые нагревательные приборы в повседневной жизни и в этом случае наш организм сам контролирует ситуацию.

Природа инфракрасного излучения

Наиболее крупным естественным источником инфракрасного теплового потока является Солнце.

Какое наслаждение греться в его лучах в летнее время, в осеннее время, даже в зимнее время года в безветренную погоду мы подставляем лицо его ласковым лучам. Разве нам не очень хочется получать это наслаждение как возможно чаще?

В точности подобное легкое, теплое, естественное "Домашнее солнце" приходит сейчас на смену жарким и душным батареям, газовым котлам и прочим отопительным системам.

- Вероятно ли, чтоб в зимнее время года в квартире, доме или офисе было тепло, однако при том воздух оставался свежим ?

- Чтоб вместо пыли и духоты в воздухе поддерживалась естественная влажность ?

- Чтоб Вы сами создавали микроклимат в любой помещении по собственному желанию?

- Чтоб T в комнате у пола и у потолка была одинаковой ?

- А чтоб при том Вы получали заряд здоровья и профилактику многим болезням ?

- А если бы еще в комнате не было видно ни громоздких батарей, ни труб, ни проводов и удлинителей.

- И основное - чтоб траты на обогрев были порядком более дешево, чем любая из сейчас существующих систем обогрева !

Нет ничего невозможного

Что подобное инфракрасные лучи ?

Инфракрасные (ИК) лучи - электромагнитное излучение, подчиняющееся законам оптики и, значит, имеющее ту же природу, что и видимый свет.

В собственную очередь инфракрасную область спектра условно разделяют на 3 диапазона:

- коротковолновую от ,74 до 2,50 мкм

- средневолновую от 2,50 до 5,00 мкм

- и длинноволновую от 5,00 до 400 мкм

Что является источником инфракрасного излучения ?

Сперва необходимо определить отдельные элементарные понятия

Каждое нагретое тело отдает тепло окружающим его предметам 3-мя способами :

- теплопередачей (теплообмен м/у 2-мя теплоносителями ч/з поверхность раздела м/у ними

- конвекцией (процесс переноса отопления, путем нагревания жидкости или газа, обтекающего нагретое тело, а от них уже окружающих предметов)

- тепловым излучением (электромагнитное излучение в определенном диапазоне длины волны, испускаемое веществом за счёт его внутренней электроэнергии).

Любые тела, нагретые до определенной T, излучают тепловую энергию в инфракрасном диапазоне спектра электромагнитных волн и имеют возможность передавать эту энергию при помощи лучистого теплообмена иным телам.

При том длина излучаемой волны находится в зависимости от T тела - чем она выше, тем короче длина волны, однако выше интенсивность излучения.

На способности тел передавать тепловую энергию при помощи ИК излучения основано воздействие разных приборов, к примеру: устройств ночного видения, инфракрасных микроскопов, телескопов, и естественно, инфракрасных излучателей.

Принцип инфракрасного отопления

Суть лучистого обогрева заключается в том, что источник теплового потока генерирует, формирует в пространстве и направляет тепловое излучение в зону отопления.

Оно попадает на ограждающие устройстве (пол, стенки), технологическое оснащение, тело человека, что располагаются в зоне теплового потока, и нагревает их.

Поток отопления, поглощаясь одеждой и кожей человека, делает тепловой комфорт без повышения T окружающего воздуха. Воздух в обогреваемых комнатах, оставаясь почти прозрачным для инфракрасного излучения, нагревается за счёт "вторичного отопления", т.е. конвекции от конструкций и предметов, нагретых тепловым позже ИК обогревателя.

Инфракрасные лучи являются беспрерывно действующим на человека фактором окружающей среды. Наше тело все время излучает и поглощает инфракрасные лучи.

При инфракрасном лучистом обогреве тело человека отдаёт крупную часть излишнего отопления путём конвекции окружающему воздуху, имеющему более низкую t.

Подобная форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно оказывает влияние на состояние

Дифракция это явление огибание волнами препятствий, встречающихся на пути, и проникновение волн в область за препятствиями света.

Дифракция атомов и молекул (от лат.diffractus – разломанный, преломленный) – рассеяние пучка молекул на частицах газа или на поверхности твердого тела с немонотонной зависимостью интенсивности рассеяния от его направления.

Практическая часть

С помощью дистанционного пульта делаем опыты (инфракрасный луч) .

Опыт №1 Поглощение инфракрасных лучей разными материалами

Дистационный пульт сперва направим прямолинейно - проходит ли через сквозь материал на расстояние менее 4 м от телевизора(см.рис.приложение №1):

Читайте также: