본 연구에서는 우리나라 근대시기 유화 작품 3점('소년', '소녀', '혜화동풍경')에 테라헤르츠 이미징 기법을 활용하여 추출 가능한 작품 내부 정보의 종류와 이를 추출하기 위한 분석 조건을 연구하였다. 또한 테라헤르츠 스캔 적용 시 대상 작품의 굴곡에 따라 분석 대상 표면과 검출부 사이의 거리가 변화되어 발생하는 이미지 왜곡이 주된 문제점임을 파악하고, 이를 보완하기 위한 방법으로 '작동 거리 유지 장치'를 고안하였다. 연구 결과, 테라헤르츠 이미징 기법을 이용하여 유화의 바탕재 특성과 내부의 손상형태를 파악할 수 있음을 확인하였고 각 특성을 확인할 수 있는 최적의 조건을 제시하였다. 바탕재의 특성과 하부층 확인에는 테라헤르츠 주파수 분해 이미지를 활용하는 것이 유용하였으며 붓터치 등 채색기법을 파악하는 것에는 최대 반사피크 이미지와 단면 이미지가 효과적이었다. 또한 표면에서 관찰할 수 없는 작품 내부 손상 정보는 단면 이미지와 주파수 분해 이미지를 비교하는 것이 유용하였다. 회화작품에 적용한 결과, '소년'과 '소녀'에서는 내부의 구조적 손상 자국을, '혜화동풍경'에서는 작가의 채색 방식을 확인하였다. 이상의 결과는 우리나라 근대기 유화의 예방보존 및 보존처리를 위한 상태분석 및 진단에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 우리나라 근대시기 유화 작품 3점('소년', '소녀', '혜화동풍경')에 테라헤르츠 이미징 기법을 활용하여 추출 가능한 작품 내부 정보의 종류와 이를 추출하기 위한 분석 조건을 연구하였다. 또한 테라헤르츠 스캔 적용 시 대상 작품의 굴곡에 따라 분석 대상 표면과 검출부 사이의 거리가 변화되어 발생하는 이미지 왜곡이 주된 문제점임을 파악하고, 이를 보완하기 위한 방법으로 '작동 거리 유지 장치'를 고안하였다. 연구 결과, 테라헤르츠 이미징 기법을 이용하여 유화의 바탕재 특성과 내부의 손상형태를 파악할 수 있음을 확인하였고 각 특성을 확인할 수 있는 최적의 조건을 제시하였다. 바탕재의 특성과 하부층 확인에는 테라헤르츠 주파수 분해 이미지를 활용하는 것이 유용하였으며 붓터치 등 채색기법을 파악하는 것에는 최대 반사피크 이미지와 단면 이미지가 효과적이었다. 또한 표면에서 관찰할 수 없는 작품 내부 손상 정보는 단면 이미지와 주파수 분해 이미지를 비교하는 것이 유용하였다. 회화작품에 적용한 결과, '소년'과 '소녀'에서는 내부의 구조적 손상 자국을, '혜화동풍경'에서는 작가의 채색 방식을 확인하였다. 이상의 결과는 우리나라 근대기 유화의 예방보존 및 보존처리를 위한 상태분석 및 진단에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
In this study, we applied terahertz imaging technology to three Korean modern oil paintings ('Boy,' 'Girl,' and 'Hyehwadong Landscape'); investigated the types of inner layer information in the pictures that can be extracted with terahertz imaging technology; and analyzed the conditions for extracti...
In this study, we applied terahertz imaging technology to three Korean modern oil paintings ('Boy,' 'Girl,' and 'Hyehwadong Landscape'); investigated the types of inner layer information in the pictures that can be extracted with terahertz imaging technology; and analyzed the conditions for extracting them. The biggest problem in the terahertz imaging analysis we encountered was the image distortion caused by the change of the distance between the target surface and the terahertz detector, depending on the surface curvature of the target paintings. We then developed a 'working distance maintaining device' to solve this problem. As a result, the terahertz imaging technique was used to identify the base material characteristics and any patterns of damage inside, and presented the optimal conditions for identifying each characteristic. In addition, it was useful to employ the terahertz frequency-division image to check the characteristics of the background materials. To confirm coloring techniques such as brush strokes, it is effective to compare the maximum reflection peak image with the cross-section image; and to detect damage information inside the paintings that cannot be observed on the surface, to compare the cross-section image with the frequency-division image. On the other hand, according to the terahertz imaging analysis of the oil paintings, the internal structural damage marks of 'Boy' and 'Girl' were confirmed, and the artist's painting style was confirmed in 'Hyehwadong Landscape.' The above results are expected to be useful for the analysis and diagnosis of Korean modern oil paintings for their preservation.
In this study, we applied terahertz imaging technology to three Korean modern oil paintings ('Boy,' 'Girl,' and 'Hyehwadong Landscape'); investigated the types of inner layer information in the pictures that can be extracted with terahertz imaging technology; and analyzed the conditions for extracting them. The biggest problem in the terahertz imaging analysis we encountered was the image distortion caused by the change of the distance between the target surface and the terahertz detector, depending on the surface curvature of the target paintings. We then developed a 'working distance maintaining device' to solve this problem. As a result, the terahertz imaging technique was used to identify the base material characteristics and any patterns of damage inside, and presented the optimal conditions for identifying each characteristic. In addition, it was useful to employ the terahertz frequency-division image to check the characteristics of the background materials. To confirm coloring techniques such as brush strokes, it is effective to compare the maximum reflection peak image with the cross-section image; and to detect damage information inside the paintings that cannot be observed on the surface, to compare the cross-section image with the frequency-division image. On the other hand, according to the terahertz imaging analysis of the oil paintings, the internal structural damage marks of 'Boy' and 'Girl' were confirmed, and the artist's painting style was confirmed in 'Hyehwadong Landscape.' The above results are expected to be useful for the analysis and diagnosis of Korean modern oil paintings for their preservation.
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문제 정의
유화 작품들의 캔버스 처짐 또는 종이 보드의 휘어짐 현상으로 인한 굴곡은 층위 분석에 활용할 수 있는 테라헤르츠 시간 지연 이미지에 심각한 왜곡을 발생하게 한다. 본 연구에서는 분석 대상 표면과 검출부의 거리를 일정하게 유지할 수 있는 보완 장치를 개발하여 이미지 왜곡을 방지함으로써 작품 내부의 층위 특성을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 테라헤르츠 이미징 기법을 우리나라 근대시기 유화 작품에 적용하여 기존 테라헤르츠 이미지 분석 데이터의 한계 및 주된 문제점을 찾아내고 이를 보완하기 위한 방법을 고안하였으며, 추출 가능한 내부 상태 정보의 종류와 이를 추출하기 위한 분석 조건을 연구하였다.
이에 본 연구는 테라헤르츠 이미징 기법을 이용하여 우리나라 근대시기 유화 작품의 내부 상태를 분석⋅진단하기 위한 접근 방법을 연구하였고 다음과 같은 결과를 도출할 수 있었다.
제안 방법
5 mm 간격으로 레스터 스캔을 실시하였다(Table 2). 또한, 작품의 두께와 특성에 따라 스캔 지점별 최대 반사 신호를 매치시켜 구성한 이미지(peak to peak image)와 주파수 분해 이미지들을 추출하여 작품의 내부 상태에 대한 분석과 진단을 수행하였다.
따라서 시간 지연 현상을 활용한 층위 분석에 어려움이 따르게 되는데, 이를 보완하기 위해서는 작품 표면과 검출부의 거리를 일정하게 유지할 수 있는 방법을 고안하는 것이 중요할 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 검출부와 작품 표면 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있는 Z축 거리 유지 장치를 고안하고, 이를 테라헤르츠 검출부에 장착하여 스캔을 수행함으로써 표면 굴곡이나 기울어짐에 따른 시간 지연 이미지의 왜곡을 보정하였다(Figure 3~5).
작품의 두께에 따라 검출부의 초점심도를 적절히 조정하여야 하부 층위까지의 원하는 정보를 얻을 수 있으며 초점 심도와 스캔 간격에 따라 분석 및 진단에 적절한 이미지 분해능을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 조사 대상인 유화 작품의 두께와 표면 요철 등의 특성을 고려하여 초점 심도를 1 cm로 조정하였으며 이미지의 분해능을 높이기 위하여 0.5 mm 간격으로 레스터 스캔을 실시하였다(Table 2). 또한, 작품의 두께와 특성에 따라 스캔 지점별 최대 반사 신호를 매치시켜 구성한 이미지(peak to peak image)와 주파수 분해 이미지들을 추출하여 작품의 내부 상태에 대한 분석과 진단을 수행하였다.
테라헤르츠 장치는 테라헤르츠 파를 대상에 조사한 후반사되는 신호를 검출하는 방식의 분광분석기(TeraPulse 4000, TeraView, GBR)를 이용하였다. 이 분석 장비는 본체부와 테라헤르츠 파를 조사하고 측정하는 헤드(검출부)로 구성되어 있으며 본 연구에서는 갠트리(Gantry)에 헤드를 거치하여 2차원 스캔을 수행하였다.
테라헤르츠 장치는 테라헤르츠 파를 대상에 조사한 후반사되는 신호를 검출하는 방식의 분광분석기(TeraPulse 4000, TeraView, GBR)를 이용하였다. 이 분석 장비는 본체부와 테라헤르츠 파를 조사하고 측정하는 헤드(검출부)로 구성되어 있으며 본 연구에서는 갠트리(Gantry)에 헤드를 거치하여 2차원 스캔을 수행하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 한국의 근대 시기 중에서도 1930∼1950년대의 유화 작품인 배운성(1901-1978년)의 ‘소년’과 김형구(1922-2015년)의 ‘혜화동 풍경’ 및 이동훈(1903-1984년)의 ‘소녀’ 총 3점의 유화를 분석 대상으로 하였다(Table 1).
본 연구에서는 한국의 근대 시기 중에서도 1930∼1950년대의 유화 작품인 배운성(1901-1978년)의 ‘소년’과 김형구(1922-2015년)의 ‘혜화동 풍경’ 및 이동훈(1903-1984년)의 ‘소녀’ 총 3점의 유화를 분석 대상으로 하였다(Table 1). 채색특성 및 내부구조 확인에 있어서 획득되는 데이터의 범위를 넓히고자 인물화와 풍경화를 분석 대상으로 하였으며 주로 바탕재로 사용되는 캔버스 외에도 종이보드 작품을 포함시켰다.
성능/효과
1. 유화 작품들의 캔버스 처짐 또는 종이 보드의 휘어짐 현상으로 인한 굴곡은 층위 분석에 활용할 수 있는 테라헤르츠 시간 지연 이미지에 심각한 왜곡을 발생하게 한다. 본 연구에서는 분석 대상 표면과 검출부의 거리를 일정하게 유지할 수 있는 보완 장치를 개발하여 이미지 왜곡을 방지함으로써 작품 내부의 층위 특성을 확인할 수 있었다.
2. 유화의 바탕재 특성과 그림의 하부층위 확인에는 테라헤르츠 시간분해 이미지보다 주파수분해 이미지에서 관찰이 용이하다. 이는 바탕재나 물감과 같은 물질의 종류에 따라 테라헤르츠파의 흡수⋅반사 대역이 다르기 때문으로 판단된다.
3. 붓터치 등 작가의 채색 기법 확인에는 최대 반사 신호를 매치시켜 구성한 이미지(peak to peak image)와 시간 지연 효과를 이용한 단면 이미지를 활용하는 것이 효과적이다.
4. 표면에서 관찰할 수 없는 작품 내부 층위의 손상 형태나 구조적 특징 확인에는 시간 지연 효과를 이용한 단면 이미지와 주파수 분해 이미지를 비교하여 판단하는 것이 유용하다.
5. 3점의 작품에 대한 테라헤르츠 이미지 분석 결과, ‘소년’과 ‘소녀’에서는 시간 지연 효과를 이용한 단면 이미지와 주파수 분해 이미지를 통하여 내부의 구조적 손상 자국을 확인할 수 있었고 ‘혜화동풍경’에서는 peak to peak 이미지를 통하여 작가의 붓터치 방식을 확인할 수 있었다.
1 THz 이미지에서 확인 되었는데 이 부분에 대한 단면 이미지로 볼 때 내부에 한차례의 보강이 있었을 것으로 추정된다(Table 6). 또한 인물의 입 부근에서 바탕재인 종이보드의 요철 상태를 정확하게 관찰할 수 있었다.
특히 양 볼과 눈, 관자놀이 근처에서 일정한 패턴을 그리며 붓자국이 반복되었는데 이는 여러 번 붓질을 하여 겹쳐 칠하였기 때문으로 보인다. 시간 지연 효과를 이용한 테라헤르츠 단면 이미지를 통해서도 붓자국이 반복된 위치인 이마, 콧대, 양 볼의 단면 이미지에서 물감 층위가 두터워진 것을 볼 수 있으며 부위별로 물감 층위의 변화를 파악할 수 있었다(Table 4).
캔버스 천의 경우 ‘소년’과 ‘혜화동풍경’에서 확인할 수 있는 바와 같이 약 0.2∼0.3 THz의 주파수 대역에서 씨줄과 날줄의 구조적 특징이 가장 잘 관찰되었다.
유화 물감을 사용하여 채색하는 경우, 작품의 중요한 정보 중 하나인 붓터치는 그림의 질감이나 분위기 및 작가의 채색 특성까지도 내포할 수 있기 때문에 시기에 따른 작가들의 기법 변화 등을 연구하는데 유용하게 이용될 수 있다. 테라헤르츠 이미지에서 붓터치의 특성은 최대 반사 신호를 매치시켜 구성한 이미지(peak to peak image)와 시간 지연 효과를 이용한 단면이미지에서 가장 잘 관찰할 수 있었다. ‘소년’의 붓자국 특성을 관찰한 결과, 짧은 붓터치가 다수 반복되는 패턴으로 채색하였음을 확인하였다(Figure 6).
유화의 바탕재는 기본적으로 캔버스 천이 많이 사용되나 종이 보드 및 판넬과 같은 다양한 재료들도 사용된다. 테라헤르츠 이미징 기법을 대상 작품들에 적용한 결과, 바탕재의 구조적 특징을 확인하는 데는 시간 지연 특성을 이용한 단면 이미지나 시간 분해 이미지 보다는 주파수를 조정하여 관찰하는 주파수 분해 이미지가 더 효과적임을 알 수 있었다. 이는 바탕재의 물질에 따라 테라헤르츠파의 흡수⋅반사 대역이 다르기 때문인 것으로 판단된다.
후속연구
그러나 테라헤르츠 이미지 분석이 만능은 아니므로 타 분석기법과 교차하여 최대한의 정보를 확보해야 할 것이다. 또한 본 결과는 캔버스와 종이 보드를 바탕재로 한 유화 작품에 국한하여 적용한 것이므로 앞으로 더 다양한 바탕재와 재료가 사용된 작품에 지속적으로 적용을 시도하는 연구를 진행하여 세밀한 분석 툴을 확립해나가는 것이 필요하다.
이러한 연구 결과는 향후 우리나라 근대기 유화의 예방 보존 및 보존처리를 위한 상태 분석과 진단의 한 방법으로 유용할 것으로 보이며, 회화작품의 과학적 감정분야에서도 활용 가능할 것으로 기대한다. 그러나 테라헤르츠 이미지 분석이 만능은 아니므로 타 분석기법과 교차하여 최대한의 정보를 확보해야 할 것이다.
표면에서 관찰할 수 없는 회화 내부 층위의 손상형태나 구조적 특징을 확인할 수 있다면 작품에 대한 정보 파악 범위가 늘어나 다각도로 활용할 수 있을 것이다. 이는 시간 지연 효과를 이용한 단면 이미지와 주파수 분해 이미지를 비교하여 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유화란 무엇인가?
유화는 안료에 오일을 개어 만든 물감으로 그린 서양화의 한 종류이다. 한국에서는 19세기 말에 청나라 사신들에 의하여 처음 유럽의 서양화가 알려지기 시작하였고, 그 이후 1910년대에 서양의 양식을 수용하고 1920∼1930년대를 지나며 근대적 양식이 정착하였다(Kim, 2009).
유화 작품의 손상원인은 무엇인가?
유화 작품은 온습도⋅빛 등의 환경적 요인 및 재료 자체의 결함이나 물감 사용기법 등에 의하여 시간의 흐름에 따라 손상이 발생한다. 이러한 열화는 계속해서 진행되므로 최대한 적절한 보존환경을 유지하는 예방보존 관리가 필요하다(Ahn, 2016).
테라헤르츠 이미징 기법이 주목받는 이유는 무엇인가?
겉으로 확인하기 어려운 회화 작품의 내부 구조와 상태에 대하여 데이터를 획득하는 것은 손상과 관련한 보존의 목적 및 작품의 회화적, 재료적 특성에 대한 더 많은 정보 확인의 목적에도 유용하게 활용할 수 있다. 이러한 이유로 적외선⋅X선 이미지 등이 회화의 밑그림 및 내부 구조 진단에 적용되어 왔으나 적외선의 경우 침투 깊이가 수십 ㎛에 불과하고 X선의 경우 물질을 투과하기 때문에 (Fukunaga et al., 2007) 두께가 수 mm에 이르는 회화 작품의 내부 상태를 확인하는 데는 한계가 있었다(Figure 1). 최근 이에 대한 대안으로서 테라헤르츠 이미징 기법이 주목받고 있다.
참고문헌 (10)
Ahn, J.W., 2016, A study on the damage types of the oil paintings. Master's thesis, Konkuk University, Cheongju, 1-22. (in Korean with English abstract)
Baek, N.Y., Kang, D.I., Ha, T.W., Sim, K.I., Lee, H.W., Kim, J.H. and Lee, H.H., 2016, Study of noncontact condition diagnosis on painting with terahertz waves. Journal of Conservation Science, 32(2), 235-247. (in Korean with English abstract)
Fukunaga, K. and Picollo, M., 2014, Terahertz time domain imaging for cultural heritage. Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, 56(3), 142-146.
Hong, T.Y., Choi, K.J., Ha, T.W., Park, B.C., Sim, K.I., Kim, J.H., Kwon, J.E., Lee, S.H., Kang, D.I. and Lee, H.H., 2014, Terahertz time-domain and fourier-transform infrared spectroscopy of traditional Korean pigments. Journal of the Korea Physical Society, 64(5), 727-731.
Kim, E.J., 2009, Formation of Korean western painting and painting style of 1930s. Master's thesis, Chungbuk National University, Cheongju, 1-8. (in Korean with English abstract)
Kohler, W., Panzer, M.J., Klotzbach, U., Beyer, E., Winnerl, S., Helm, M., Rutz, F., Jordens, C., Koch, M. and Leitner, H., 2006, Non-destructive investigation of paintings with THz-radiation. 9th European Conference of NDT, Berlin, September 25-29, 181.
Lee, H.H., Jung, C.H., Baek, N.Y., Song, Y.N., Kim, M.J. and Chung, Y.J., 2018, Feature detection of paintings using hyperspectral imaging technique. The Korean Society of Conservation Science for Cultural Heritage, Cheongju, November 2-3, 43-44. (in Korean)
Rhee, C.H., 2008, Terahertz pulsed imaging and its applications. New Physics: Sae Mulli, 56(2), 51-62. (in Korean with English abstract)
Science Daily, 2019, Ancient Roman man hidden beneath famous painting at the Louvre. https://www.sciencedaily.com (May 1, 2019)
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