Procesado y Optimización de Espectros Raman mediante Técnicas de Lógica Difusa: Aplicación a la identificación de Materiales Pictóricos

Abstract

La investigación de los materiales constitutivos de obras de arte, en la que se encuadra esta tesis, es una de las aplicaciones de la espectroscopía Raman que ha ido creciendo en importancia en las últimas décadas. El éxito de la aplicación de esta técnica al campo del arte reside en que es una de las técnicas analíticas que, por sus características de no-destructividad y posibilidad de análisis in-situ, mejor se adapta a las exigencias de este tipo de estudio. Así pues, mediante este análisis, se pueden llegar a identificar los materiales que constituyen una obra, lo cual resulta de vital importancia tanto para su datación, autentificación y catalogación, como para poder realizar con rigor su conservación y restauración.<br/>La espectroscopia Raman es una técnica fotónica que se basa en el análisis de la pequeña fracción de luz dispersada por la muestra analizada al incidir sobre ella un haz de luz monocromático; la luz dispersada presenta unos cambios frecuenciales (bandas Raman) respecto a la luz incidente que son característicos de la composición molecular del material analizado. Concretamente, la identificación de un material pictórico utilizando la espectroscopia Raman se consigue mediante la localización de la posición frecuencial de las bandas Raman presentes en su espectro. El conjunto de bandas Raman es característico y particular de cada material y permite la identificación unívoca del mismo. Así pues, una vez obtenido el espectro Raman de una muestra y extraída la posición de las bandas que aparecen, si se comparan con las bandas características de pigmentos patrones conocidos se puede identificar a cuál de ellos corresponde. En el laboratorio de espectroscopia Raman del TSC se han obtenido y almacenado los espectros Raman de una amplia colección de pigmentos patrones, por lo que se dispone de una extensa base de datos para comparar con la información Raman contenida en el espectro de un material bajo análisis. <br/><br/>Sin embargo, la obtención de esta información Raman no es siempre fácil ya que el espectro medido contiene, además de la señal Raman, ruido inherente tanto al proceso de medida como a la naturaleza del material analizado, que puede llegar a enmascarar la señal Raman. Para mejorar la relación señal-ruido de un espectro Raman se pueden utilizar diversas técnicas de procesado de señal y, de entre ellas, en esta tesis se investiga la utilidad del procesado basado en técnicas de lógica difusa. En este trabajo se ha utilizado esta técnica de procesado para filtrar y así mejorar la relación señal-ruido en espectros Raman ya que permite tratar con la incertidumbre introducida por el ruido inherente a la propia medida, y procesar el espectro sin pérdida de la información, es decir, sin que se vea modificada la posición de las bandas Raman. Por otra parte, la identificación de un material pictórico es realizada habitualmente por el propio analista mediante la inspección visual del espectro, la localización de las bandas presentes en el espectro y la comparación de estas bandas con la base de datos de bandas características de pigmentos patrones de que se disponga. Esta tarea no es fácil y se requiere un observador experimentado que, bajo el prisma de su experiencia y conocimiento adquirido, realice las tareas de localización e identificación. En este proceso se introduce, inevitablemente, una componente de subjetividad ligada a la interacción del investigador. Además suele ser un trabajo costoso y que requiere un elevado consumo de tiempo. Para intentar evitar los errores que esta metodología de trabajo puede conllevar, en esta tesis se han utilizado las posibilidades que ofrece la lógica difusa para desarrollar un sistema que sea capaz de llevar a cabo la localización automática de bandas Raman y su posterior identificación mediante la comparación con una base de datos de patrones, eliminando así el factor de subjetividad e independizando tanto localización como identificación del juicio del investigador.