从赫库兰尼姆纸莎草纸的表面形貌检测墨水痕迹

《Scientific Reports》：Ink detection from surface topography of the Herculaneum papyri

　　

摘要

解读赫库兰尼姆纸草文献颇具挑战性，因为这些卷轴以及其中的碳基墨水都已炭化。在X射线成像和断层扫描中，墨水检测通常依赖密度或成分差异产生的对比度，但炭化纸草上的碳基墨水几乎无法形成有效的对比度。基于此前的X射线相位对比断层扫描及显微镜观察结果——即表面凸起有助于提高文字可见度——我们发现，书写区域的表面形态能够提供足够信号来区分墨水与纸草。为此，我们利用机械拆开的赫库兰尼姆纸草的三维光学轮廓测量数据训练深度学习模型，以区分有墨水区域和无墨水区域。尽管我们的测量结果并未显示出普遍的文字凸起特征或统一的粗糙度规律，但我们发现，在所收集的数据集中，仅高分辨率的表面地形信息就已具备用于墨水检测的实用价值。此外，我们还研究了横向采样对模型学习能力的影响，以及原始分辨率模型在低分辨率输入下的表现。采用“保留一份样本”的迁移策略时，不同样本的效果存在差异。随着横向分辨率降低，分割性能也会下降，这一现象有助于我们了解在利用表面形态信号时，数据集中需要解析的特征空间尺度。这些研究结果为基于表面形态解读封闭卷轴提供了概念验证，并为确定相应的分辨率要求提供了依据，而这一要求还会受到成像方式的影响。