Herramientas de Machine Learning para la clasificación de espectros visibles de reflectancia de pigmentos inorgánicos usados en pintura mural
DOI:
https://doi.org/10.37558/gec.v28i1.1444Palabras clave:
clasificación, espectroscopía de reflectancia visible, identificación, máquinas de vector soporte, mínimos cuadrados parciales, pigmentos, quimiometría, redes neuronales artificialesResumen
Centrándose en la identificación no invasiva e in situ de pigmentos históricos mediante espectroscopía de reflectancia visible, se entrenan y evalúan clasificadores lineales y no lineales (Partial Least Squares – Discriminant Analysis (PLS-DA), Support Vector Machine (SVM-DA), y Artificial Neural Networks (ANN-DA)) aplicados al Patrimonio Cultural. Se consideran tres tonalidades (amarillo, azul y verde), con tres pigmentos por tonalidad: amarillo plomo-estaño, ocre amarillo, oropimente (amarillo); celadonita, malaquita verde, verde Verona (verde); y azul egipcio, azurita y lapislázuli (azul). Los tres métodos arrojaron alta capacidad predictiva (> 94,2 % en validación), con sensibilidades y especificidades por encima del 88 %. En casos en los que las características espectrales son más similares, PLS-DA se comportó ligeramente peor. Sin embargo, los modelos SVM-DA y ANN-DA fueron en todos los casos comparables con precisiones globales superiores al 98,8 %, sensibilidad superior al 88 % y especificidad superior al 98 %, respectivamente.
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ACETO, M., APOLLONIA, L., & LAMBERTI, A. (2014). “Characterisation of colourants on illuminated manuscripts by portable fibre optic UV–visible–NIR reflectance spectrophotometry”, Analytical Methods, 6(5): 1488–1500. https://doi.org/10.1039/C3AY41904E DOI: https://doi.org/10.1039/c3ay41904e
BALLABIO, D., & CONSONNI, V. (2013). “Classification tools in chemistry. Part 1: linear models. PLS-DA”, Analytical Methods, 5(16): 3790. https://doi.org/10.1039/c3ay40582f DOI: https://doi.org/10.1039/c3ay40582f
BARBU, O.H. (2021). “pXRF and FTIR Spectrometry Applied to the Study of Azurite and Smalt in Romanian Medieval Wall Painting”, In: Aoki, S., et al. “Conservation and Painting Techniques of Wall Paintings on the Ancient Silk Road.” Cultural Heritage Science. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-33-4161-6_6 DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-33-4161-6_6
BIANCHETTI, P., TALARICO, F., VIGLIANO, M. G., & ALI, M. F. (2000). “Production and characterization of Egyptian blue and Egyptian green frit”, Journal of Cultural Heritage, 1(2): 179–188. https://doi.org/10.1016/s1296-2074(00)00165-5 DOI: https://doi.org/10.1016/S1296-2074(00)00165-5
CHEILAKOU, E., KARTSONAKI, M., KOUI, M., & CALLET, P. (2009). “A nondestructive study of the identification of pigments on monuments by colorimetry”, International Journal of Microstructure and Materials Properties, 4(1): 112. https://doi.org/10.1504/ijmmp.2009.028437 DOI: https://doi.org/10.1504/IJMMP.2009.028437
CSÉFALVAYOVÁ, L., STRLIČ, M., KARJALAINEN, H. (2011). “Quantitative NIR Chemical Imaging in Heritage Science”, Analytical Chemistry, 83(13): 5101 – 5106. https://doi.org/10.1021/ac200986p DOI: https://doi.org/10.1021/ac200986p
DASZYKOWSKI, M., WALCZAK, B., & MASSART, D. (2002). “Representative subset selection”, Analytica Chimica Acta, 468(1): 91–103. https://doi.org/10.1016/s0003-2670(02)00651-7 DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(02)00651-7
DELANEY, J., RICCIARDI, P., & ACETO, M. (2014). “Use of imaging spectroscopy, fiber optic reflectance spectroscopy, and X-ray fluorescence to map and identify pigments in illuminated manuscripts”, Heritage Science, 2(6). https://doi.org/10.1179/2047058412Y.0000000078 DOI: https://doi.org/10.1179/2047058412Y.0000000078
FAN, C., ZHANG, P., WANG, S., & HU, B. (2018). “A study on classification of mineral pigments based on spectral angle mapper and decision tree”, Proceedings of SPIE, 10806, Article 10806. https://doi.org/10.1117/12.2503088 DOI: https://doi.org/10.1117/12.2503088
FIORETTI, G., CLAUSI, M., ERAMO, G., LONGO, E., MONNO, A., PINTO, D., & TEMPESTA, G. (2023). “A Non-Invasive and sustainable characterization of pigments in wall paintings: a library of Apulian colors”, Heritage, 6(2): 1567–1593. https://doi.org/10.3390/heritage6020084 DOI: https://doi.org/10.3390/heritage6020084
GARCÍA-BUCIO, M. A., CASANOVA-GONZÁLEZ, E., MITRANI, A., RUVALCABA-SIL, J. L., MAYNEZ-ROJAS, M. Á., & RANGEL-CHÁVEZ, I. (2022). “Non-destructive and non-invasive methodology for the in situ identification of Mexican yellow lake pigments”, Microchemical Journal, 183, 107948. https://doi.org/10.1016/j.microc.2022.107948 DOI: https://doi.org/10.1016/j.microc.2022.107948
HRADIL, D., GRYGAR, T., HRADILOVÁ, J., BEZDIČKA, P., GRŰNWALDOVÁ, V., FOGAŠ, I., & MILIANI, C. (2007). “Microanalytical identification of Pb-Sb-Sn yellow pigment in historical European paintings and its differentiation from lead tin and Naples yellows”, Journal of Cultural Heritage, 8(4): 377–386. https://doi.org/10.1016/j.culher.2007.07.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.culher.2007.07.001
KASTENHOLZ, H.V., TOPPER, M.I., WARREN, W.S., FISCHER, M.C., & GRASS, D. (2024). “Noninvasive identification of carbon-based black pigments in cultural heritage using pump–probe microscopy and support vector machines”, Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(50), e2407433121. https://doi.org/10.1126/sciadv.adp0005 DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adp0005
LIU, M., WANG, Z., & LIU, X. (2024). “Spectroscopic Techniques for Identifying Pigments in Polychrome Cultural Relics”, Coatings, 15(1): 20. https://doi.org/10.3390/coatings15010020 DOI: https://doi.org/10.3390/coatings15010020
MANDAL, D., PEDERSEN, M., GEORGE, S., DEBORAH, H., & BOUST, C. (2023). “An Experiment-based Comparative Analysis of Pigment Classification Algorithms using Hyperspectral Imaging”, Journal of Imaging Science and Technology, 67(3), 030403. https://doi.org/10.2352/j.imagingsci.technol.2023.67.3.030403 DOI: https://doi.org/10.2352/J.ImagingSci.Technol.2023.67.3.030403
MAO, J., & JAIN, A. (2002). “Discriminant analysis neural networks”, IEEE International Conference on Neural Networks, San Francisco: IEEE, 1993, 300-305 vol.1. https://doi.org/10.1109/icnn.1993.298573 DOI: https://doi.org/10.1109/ICNN.1993.298573
MELO, M.J., NABAIS, P., VIEIRA, M., ARAÚJO, R., OTERO, V., LOPES, J., & MARTÍN, L. (2022). “Between past and future: Advanced studies of ancient colours to safeguard cultural heritage and new sustainable applications”, Dyes and Pigments, 205, 110563. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2022.110815 DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2022.110815
MONTAGNER, C., SANCHES, D., PEDROSO, J., MELO, M. J., & VILARIGUES, M. (2012). “Ochres and earths: Matrix and chromophores characterization of 19th and 20th century artist materials”, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 103: 409–416. https://doi.org/10.1016/j.saa.2012.10.064 DOI: https://doi.org/10.1016/j.saa.2012.10.064
MORETTO, L. M., ORSEGA, E. F., & MAZZOCCHIN, G. A. (2011). “Spectroscopic methods for the analysis of celadonite and glauconite in Roman green wall paintings”, Journal of Cultural Heritage, 12(4): 384–391. https://doi.org/10.1016/j.culher.2011.04.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.culher.2011.04.003
MUÑOZ, L.P. (2023). “Non-invasive, non-destructive and portable identification of Indian yellow: Moving from highly purified standards to real watercolour, oil and historical samples”, Journal of Cultural Heritage, 62: 202–213. https://doi.org/10.1016/j.culher.2023.06.022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.culher.2023.06.022
MUEHLETHALER, C., MASSONNET, G., ESSEIVA, P., & LAMBERT, D. (2016). “Combining spectroscopic data in the forensic analysis of paint: Application of a multiblock technique as chemometric tool”, Forensic Science International, 266: 338–345. https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2016.03.049 DOI: https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2016.03.049
PIOVESAN, R., MAZZOLI, C., MARITAN, L., CORNALE, P. (2012). “Fresco and lime-paint: an experimental study and objective criteria for distingushing between these painting techniques”, Archaeometry, 54(4): 723 – 736 DOI: https://doi.org/10.1111/j.1475-4754.2011.00647.x
POPELKA-FILCOFF, R.S. (2020). “Pigment Analysis in Archaeology”, En Encyclopedia of Global Archaeology, 8615 – 8619, Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-30018-0_2281 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-30018-0_2281
POUYET, E., MITEVA, T., ROHANI, N., & VIGUERIE, L. (2021). “Artificial Intelligence for Pigment Classification Task in the Short-Wave Infrared Range”, Sensors, 21, Article 6150. https://doi.org/10.3390/s21186150 DOI: https://doi.org/10.3390/s21186150
RADPOUR, R., GATES, G.A., KAKOULLI, I., DELANEY, J.K. (2022). “Identification and mapping of ancient pigments in a Roman Egyptian funerary portrait by application of reflectance and luminescence imaging spectroscopy”, Heritage Science, 10, 8. https://doi.org/10.1186/s40494-021-00639-5 DOI: https://doi.org/10.1186/s40494-021-00639-5
RICCIARDI, P., DELANEY, J.K., & ACETO, M. (2013). “‘It’s not easy being green’: a spectroscopic study of verdigris and copper-containing green pigments in illuminated manuscripts”, Analytical Methods, 5(13): 3278–3288. https://doi.org/10.1039/C3AY40530C DOI: https://doi.org/10.1039/c3ay40530c
RICCIARDI, P., CORDERO, R., & LAMBERTI, A. (2012). “Near Infrared Reflectance Imaging Spectroscopy to Map Paint Binders in Early Renaissance Paintings”, Angewandte Chemie International Edition, 51(32): 7608–7611. https://doi.org/10.1002/anie.201200840 DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201200840
ROMANI, M., CAPOBIANCO, G., PRONTI, L., COLAO, F., SECCARONI, C., PUIU, A., FELICI, A.C., VERONA-RINATI, G., CESTELLI-GUIDI, M., TOGNACCI, A., VENDITTELLI, M., MANGANO, M., ACCONCI, A., BONIFAZI, G., SERRANTI, S., MARINELLI, M., & FANTONI, R. (2020). “Analytical chemistry approach in cultural heritage: the case of Vincenzo Pasqualoni’s wall paintings in S. Nicola in Carcere (Rome)”, Microchemical Journal, 156, 104831. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104920 DOI: https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104920
SÁEZ-HERNÁNDEZ, R., ANTELA, K. U., GALLELLO, G., et al. (2022). “Identification of ancient pigments using non-destructive spectroscopic techniques: a case study on Roman frescoes”, Journal of Cultural Heritage, 58: 156–166. https://doi.org/10.1016/j.culher.2022.10.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.culher.2022.10.003
SÁEZ-HERNÁNDEZ, R., CERVERA, M. L., MORALES-RUBIO, Á., LUQUE, M. J., PÉREZ-TORRALBA, I., GALLELLO, G., ANTELA, K. U., & MAURI-AUCEJO, A. R. (2024). “Digital image-based method to identify historical pigments in wall paintings”, Dyes and Pigments, 222, 111912. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2023.111912 DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2023.111912
VITRUVIO POLION, M.L., “Los diez libros de Arquitectura”.
WU, T, LI, G., YANG, Z., ZHANG, H., LEI, Y., WANG, N., ZHANG, L (2016). “Shortwave Infrared Imaging Spectroscopy for Analysis of Ancient Paintings”, Applied Spectroscopy, 71(5): 977 – 987. https://doi.org/10.1177/0003702816660724 DOI: https://doi.org/10.1177/0003702816660724
YOGURTCU, B., CEBI, N., KOÇER, A.T., & ERARSLAN, A. (2024). “A Review of Non-Destructive Raman Spectroscopy and Chemometric Techniques in the Analysis of Cultural Heritage”, Molecules, 29(22): 5324. https://doi.org/10.3390/molecules29225324 DOI: https://doi.org/10.3390/molecules29225324
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