Flir X-Series 카메라, 고대 헤르쿨라네움 필사본의 비파괴 분석 지원
연구진은 펄스 열화상 기법과 고속 열화상 이미징을 활용해 물리적 접촉 없이 숨겨진 문자를 밝혀내고 취약한 탄화 파피루스의 상태를 평가하고 있다.
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Flir 열화상 기술이 이탈리아 연구진의 헤르쿨라네움 파피루스(Herculaneum papyri) 숨은 텍스트 해독 작업을 지원하고 있다. 이 고대 문헌 컬렉션은 서기 79년 베수비오 화산 폭발 당시 탄화된 필사본들로 구성되어 있다. 연구진은 첨단 Flir 열화상 카메라가 제공하는 2.775MHz 고속 아날로그 락인(analog lock-in) 입력 포트를 활용한 펄스 열화상 기법을 통해 육안으로는 확인할 수 없었던 글자를 복원하는 동시에 문서의 취약한 내부 구조에 대한 새로운 통찰을 얻고 있다. 모든 이미지는 S. Ceccarelli 외 연구진의 SciRep 15, 34466(2025)에서 제공되었다.
이 중요한 프로젝트는 이탈리아 국가연구위원회(CNR) 산하 문화유산과학연구소(Institute of Heritage Science) 연구진이 주도하고 있으며, 고대 그리스·로마 세계에서 유일하게 현존하는 도서관 유산을 비파괴 방식으로 연구하고 보존하는 방법을 모색하고 있다.
이 두루마리 문서들은 18세기 헤르쿨라네움의 빌라 데이 파피리(Villa dei Papiri) 발굴 과정에서 발견되었다. 강한 열과 화산 분출물에 의한 매몰로 탄화되면서 화산 폭발을 견뎌냈다. 이러한 특별한 보존 과정은 문헌을 남기는 데 기여했지만, 이를 읽고 보존하려는 역사학자와 보존 전문가들에게는 큰 과제를 남겼다.
많은 파피루스는 수세기 전 기계적으로 펼쳐져 지지판 위에 부착되었다. 그러나 그 결과 생성된 조각들은 매우 취약하며, 여러 층이 겹쳐져 있고 상당수는 판독이 거의 불가능한 상태다.
기존 이미징 기술의 한계
연구진이 직면한 주요 과제 중 하나는 탄화된 파피루스 기재와 잉크가 모두 검은색이라는 점이다. 이로 인해 가시광선 영역에서는 대비가 사라져 기존 이미징 기법으로는 구분이 매우 어렵다. X선 이미징과 같은 보다 정교한 기술은 특히 AI와 결합할 경우 효과적일 수 있지만, 특수 연구시설로 파피루스를 운반해야 하는 등 복잡성과 비용 부담이 크다.
이러한 문제를 해결하기 위해 보존 전문가들은 제어된 광 조사와 고속 열화상 이미징을 결합한 펄스 열화상 기법을 도입했다. 이 방법은 파피루스에 짧은 광 펄스를 조사한 뒤 시간에 따른 열 반응을 기록하는 방식으로 작동한다.
표면의 글자는 조사 직후 초기 적외선 프레임에서 거의 즉시 드러난다. 이는 잉크가 주변 파피루스 재료와 다르게 빛을 흡수하기 때문이다. 이후 수 초 동안 열이 시료 내부로 확산되면서 보다 깊은 구조 정보와 내부 특징들이 나타난다. 이러한 시간 기반 열 거동은 연구진이 글자와 기재 재료를 구분할 수 있게 해준다.
첨단 열화상 이미징
프로젝트의 핵심에는 Flir X-Series 열화상 카메라가 있다. 고속·고감도 적외선 이미징과 첨단 열 분석 기능을 결합한 이 카메라는 정밀성과 데이터 무결성이 중요한 과학 및 연구 환경에 적합하다.
중적외선(MWIR) 영역에서 작동하는 Flir X-Series 카메라는 연구진이 매우 빠른 열 변화를 높은 감도로 포착할 수 있도록 지원했다. 이를 통해 펄스 열화상 분석 과정에서 잉크가 있는 영역과 없는 영역 사이의 미세한 온도 차이를 가시화할 수 있었다. X-Series는 외부 기준 신호를 수신하도록 설계된 고속 아날로그 락인 입력 포트를 탑재해 2.775MHz 샘플링 속도의 고속 열 분석을 지원한다. 이 기능은 매우 약한 신호나 미세한 온도 차이를 감지할 수 있게 해준다.
연구진은 이중 플래시 램프를 사용해 제어된 광 자극을 생성하는 한편, 파피루스의 온도 상승을 2~3°C로 제한해 고대 유물에 해를 줄 수 있는 수준 이하로 유지했다. 또한 특수 필터링 시스템을 통해 자외선 노출을 차단하고 원치 않는 적외선 반사를 최소화했다.
프로젝트 팀에 따르면, Flir X-Series의 높은 감도와 공간 해상도, 그리고 고급 기록 기능은 미세한 열 대비를 식별하고 데이터 수집 과정 전반에서 이미지 품질을 유지하는 데 특히 중요한 역할을 했다.
또한 프레임 손실 없이 열 데이터를 지속적으로 스트리밍 및 기록할 수 있는 기능은 Flir Research Studio 소프트웨어를 활용한 상세한 후처리 및 분석을 지원했다.
특히 이 방법은 완전한 비접촉·비파괴 방식이라는 점에서 의미가 크다. 이는 물리적 조작이나 원래 지지 구조물로부터의 분리가 불가능한 취약한 문화유산을 다룰 때 필수적인 조건이다.
텍스트 복원을 넘어
숨겨진 글자를 드러내는 것이 프로젝트의 주요 목표이지만, 펄스 열화상 기법은 보존 전문가들에게 유용한 구조적 정보도 제공한다.
열이 더 긴 시간에 걸쳐 파피루스 내부로 확산되면서 열 데이터는 섬유 패턴, 중첩 층 구조, 파피루스와 지지판 사이의 접착 지점과 같은 특징을 드러내기 시작한다. 이러한 정보는 문헌의 물리적 상태를 보다 정확히 이해하고 열화나 박리가 진행 중인 영역을 식별하는 데 도움을 준다.
동일한 열 데이터 세트에서 글자 정보와 기재 구조 정보를 동시에 확보할 수 있다는 점은 복원 계획 수립과 장기 보존 전략 측면에서 큰 장점을 제공한다. 특히 일부 문헌 구역에는 과거 펼침 과정에서 형성된 여러 압축 층이 존재해 이 기법의 활용 가치가 높다. 이러한 영역에서는 내부 층이 완전히 분리되지 않고 서로 부착된 상태로 남아 있어 기존 이미징 기법으로 분석하기 어려운 복잡한 구조를 형성한다.
연구진은 또한 일부 경쟁 기술이 더 부피가 큰 장비를 필요로 하거나 설치 위치에 제약이 많고, 층상 구조 재료 분석 시 이미지 품질이 떨어질 수 있다고 지적했다.
미래 가능성
남아 있는 과제 중 하나는 파피루스 뒷면에 있는 글자나 빛이 충분히 침투하지 못하는 두꺼운 중첩 층 내부에 묻힌 텍스트를 식별하는 것이다. 더 깊은 층에서 발생하는 잔류 열 정보를 감지하는 것은 가능하지만, 열이 재료 내부로 확산되면서 신호는 점점 약해지고 흐려진다.
이러한 한계를 극복하기 위해 CNR 연구팀은 현재 AI 기반 처리 기술을 연구하고 있다. AI 지원 분석은 잉크와 파피루스 기재 사이의 구분을 더욱 향상시켜 판독성을 높이고 향후 텍스트 해석을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 향후 어떤 발전이 이루어지더라도 펄스 열화상 기법이 다른 첨단 문화유산 과학 기술과 함께 점점 더 중요한 보완 도구가 될 것으로 확신하고 있다. 이번 프로젝트는 과학 연구와 문화유산 보존 분야에서 Flir 열화상 기술의 역할이 확대되고 있음을 보여준다. 연구진은 고속 열 데이터 획득 기술과 첨단 분석 기법을 결합함으로써 이전에는 불가능했던 방식으로 세계에서 가장 취약한 역사적 유물들을 연구할 수 있게 되었다.
