Terahertz-Imaging enthüllt verborgene Inschrift auf frühneuzeitlichem Grabkreuz

In einem multidisziplinären Projekt haben Forscher des Georgia Institute of Technology und der Georgia Tech-Lorraine in Metz mit Hilfe von Terahertz-Bildgebungs- und Signalverarbeitungstechniken einen Blick unter die korrodierte Oberfläche von einem Grabkreuz aus Blei aus dem 16. Jahrhundert geworfen. Unter der Leitung von David Citrin, Professor an der School of Electrical and Computer Engineering (ECE), arbeiteten Bildgebungsexperten, ein auf archäologische Objekte spezialisierter Chemiker und ein Kunsthistoriker zusammen, um eine Botschaft zu enthüllen, die von der Zeit verdeckt worden war: eine Inschrift des Vaterunsers.

„Unser Ansatz ermöglichte es uns, einen Text zu lesen, der vielleicht Hunderte von Jahren unter Korrosion verborgen war“, so Alexandre Locquet, außerordentlicher Professor für ECE und Forscher am Georgia Tech-CNRS IRL 2958, einem gemeinsamen internationalen Forschungslabor auf dem Georgia Tech-Lorraine Campus in Metz, Frankreich. „Es liegt auf der Hand, dass Ansätze, die auf solche Informationen zugreifen, ohne das Objekt zu beschädigen, für Archäologen von großem Interesse sind“.

Das aus einer Bleiplatte geschnittene Kreuz wurde in einem Grab in einer Abtei in Remiremont, Frankreich, gefunden – ein paar Autostunden vom Georgia Tech-Lorraine Campus entfernt. Das sogenannte Croix d’Absolution ist eine Art Grabkreuz aus dem Mittelalter, das an Orten in Frankreich, Deutschland und England gefunden wurde.

„Diese Art von Kreuz trägt in der Regel Inschriften mit Gebeten oder Informationen über den Verstorbenen“, so Aurélien Vacheret, Direktor des Musée Charles-de-Bruyères in Remiremont und Mitautor der Studie. „Man nimmt an, dass sie dazu dienten, eine Person von ihren Sünden zu befreien und ihr den Übergang in den Himmel zu erleichtern.

Das Museum hat das Kreuz an Citrins Labor ausgeliehen, in der Hoffnung, dass das Team bildgebende Verfahren einsetzen kann, um das Unsichtbare sichtbar zu machen. Citrin und seine Gruppe haben sich auf die zerstörungsfreie Bewertung spezialisiert und entwickeln Techniken, die eine detaillierte Untersuchung der verborgenen Schichten eines Objekts ermöglichen, ohne dessen ursprüngliche Form zu verändern oder zu beschädigen. Obwohl ihre Arbeit häufig in der Industrie eingesetzt wird, z. B. zur Erkennung von Schäden an Flugzeugrümpfen, nutzte die Gruppe die Gelegenheit, das Kreuz zu untersuchen – eine Chance, die Anwendungsmöglichkeiten ihrer Technologie für archäologische Zwecke weiter zu erforschen.

Ein Blick unter den Korrosionsschleier

Das Team verwendete einen handelsüblichen Terahertz-Scanner, um das Kreuz alle 500 Mikrometer (etwa jeden halben Millimeter) quer über das Objekt zu untersuchen. Zunächst schickte der Scanner kurze Impulse elektromagnetischer Terahertz-Strahlung – eine Form von Licht, die sich auf winzigen Wellenlängen bewegt – über jeden Abschnitt des Kreuzes. Einige Wellen wurden von der Korrosionsschicht zurückgeworfen, während andere die Korrosion durchdrangen und von der eigentlichen Oberfläche des Bleikreuzes reflektiert wurden. Dies führte zu zwei unterschiedlichen Echos desselben ursprünglichen Impulses.

Anschließend verarbeitete das Team die Zeitverzögerung zwischen den beiden Echos mit Hilfe eines Algorithmus zu einem Signal mit zwei Spitzenwerten. Diese Daten zeigten, wie dick die Korrosion an jedem gescannten Punkt war. Die Messungen der Lichtstrahlen, die von dem darunter liegenden Metall reflektiert wurden, wurden dann gesammelt, um Bilder der Bleioberfläche unter der Korrosion zu erstellen.

Interdisziplinäre Erkenntnisse am Grabkreuz

Obwohl während des Scanvorgangs wichtige Daten gesammelt wurden, waren die Rohbilder zu verrauscht und durcheinander, und die Inschrift blieb damals unleserlich. Doch Junliang Dong, damals Doktorand in Citrins Labor, hatte die Einsicht, die Bilder auf eine spezielle Weise zu verarbeiten, um das Rauschen zu beseitigen. Durch Subtraktion und Zusammenfügen von Teilen der Bilder, die mit unterschiedlichen Frequenzen aufgenommen wurden, konnte Dong die Bilder wiederherstellen und verbessern. Was übrig blieb, war ein überraschend lesbares Bild mit dem Text.

Vergleich der Inschrift auf (a) dem ursprünglichen Grabkreuz vor der Korrosionsentfernung, (b) dem endgültigen Terahertz-Bild nach der Nachbearbeitung und (c) dem Kreuz nach der Korrosionsentfernung. Bildnachweis: Georgia Tech-Lorraine

Anhand der bearbeiteten Bilder konnte Vacheret mehrere lateinische Wörter und Sätze identifizieren. Er stellte fest, dass sie alle Teil des Pater Noster sind, das allgemein als Vaterunser oder Vaterunser bekannt ist.

Das Team arbeitete auch mit einem Restaurator zusammen, um die Korrosion auf dem Grabkreuz chemisch rückgängig zu machen und die Pater-Noster-Inschrift zu bestätigen. Beim Vergleich ihrer Bilder mit dem sauberen Kreuz stellte das Team fest, dass ihre Bilder Teile der Inschrift enthüllten, die auf dem ursprünglichen Kreuz nicht zu sehen waren. Indem sie zusätzliche Aspekte der Inschriften aufdeckten, die zuvor nicht dokumentiert waren, konnte ihre Arbeit ein tieferes Verständnis des Kreuzes und weitere Einblicke in das Christentum des 16. Jahrhunderts.

„In diesem Fall konnten wir unsere Arbeit im Nachhinein überprüfen, aber nicht alle Blei-Objekte können auf diese Weise behandelt werden“, so Citrin. „Manche Objekte sind groß, manche müssen an Ort und Stelle bleiben, und manche sind einfach zu empfindlich. Wir hoffen, dass unsere Arbeit die Untersuchung anderer Blei-Objekte ermöglicht, die ebenfalls Geheimnisse unter der Korrosion bergen könnten.“

Citrins Gruppe hat auch die Terahertz-Bildgebung eingesetzt, um unter die Oberfläche von Gemälden aus dem 17. Jahrhundert zu blicken, wobei sie die Struktur der Farbschichten aufklärte und Einblicke in die Techniken der Meistermaler gewährte. Derzeit untersuchen sie Oberflächenbeschichtungen auf antiken römischen Keramiken.

Das Kreuzprojekt veranschaulicht, dass für den Erfolg nicht nur genaue Messungen erforderlich sind, sondern auch eine sorgfältige Datenverarbeitung und die Zusammenarbeit von Forschern aus unterschiedlichen Bereichen. Der Ansatz des Teams eröffnet neue Perspektiven für die Analyse der Terahertz-Bildgebung und könnte der digitalen Erfassung und Dokumentation sowie der Zeichenerkennung, -extraktion und -klassifizierung einen großen Schub verleihen.

„Trotz drei Jahrzehnten intensiver Entwicklung ist die Terahertz-Bildgebung immer noch ein sich schnell entwickelndes Gebiet“, sagt Locquet. „Während sich andere auf die Entwicklung der Hardware konzentrieren, konzentrieren sich unsere Bemühungen darauf, das Beste aus den gemessenen Daten zu machen.“

Nach einer Pressemeldung des Georgia Institute of Technology.

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