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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17696
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Desenvolvimento de um sistema portátil de macro XRF que utiliza aprendizado de máquina para reconhecimento de padrões de cores em pigmentos usados na área de Arqueometria |
Título(s) alternativo(s): | MA-XRF portable system development that use machine learning to recognize color patterns in pigments used in the Archeometry area |
Autor: | Gama Filho, Hamilton Santos ![]() |
Primeiro orientador: | Anjos, Marcelino José dos |
Primeiro membro da banca: | Leitão, Catarine Canellas Gondim |
Segundo membro da banca: | Assis, Joaquim Teixeira de |
Terceiro membro da banca: | Freitas, Renato Pereira de |
Quarto membro da banca: | Oliveira, Davi Ferreira de |
Quinto membro da banca: | Gonçalves, Elicardo Alves de Souza |
Resumo: | Nas últimas décadas, sistemas portáteis de Fluorescência de Raios X (XRF) começaram a ser desenvolvidos em centros de pesquisa e universidades motivados pela simplicidade em sua montagem e pela facilidade na obtenção da tecnologia associada a esta técnica. Existe uma grande variedade de aplicações para os sistemas portáteis de XRF, porém a área de Arqueometria é a mais promissora, pois necessita de sistemas portáteis não invasivos para serem feitos estudos em museus, uma vez que o deslocamento das obras para um laboratório é algo complicado por diversos fatores (espaço, segurança, etc). Há equipamentos de macro Fluorescência de Raios X (MA-XRF), que são rotulados como portáteis, disponíveis no mercado comercial, porém, não se adequam aos objetivos dos pesquisadores, que em diversas vezes necessitam de mais informações que vão além da coleta de dados e que dificilmente podem ser modificados para fins mais gerais da técnica. Por este motivo, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver e validar um equipamento de MA-XRF, portátil, automatizado, de baixo custo e que utiliza aprendizado de máquina para identificar as cores em um determinado bem cultural e as correlaciona com suas determinadas posições para que o pesquisador faça, em seguida, a medida de XRF em posições específicas de forma automatizada. Neste sistema de MA-XRF é utilizado um tubo de raios X de baixa potência (anodo de Au, 40 kV, 200 μA) e um detector do tipo SDD com processador de pulso digital PX5 que ficam acoplados a um estágio Z de ajuste focal em relação à amostra, um estágio de movimentação horizontal (eixo X), um estágio de movimentação vertical (eixo Y) e uma central de controle gerenciada por um microcomputador Raspberry Pi. A caracterização do sistema foi constituída por testes de repetibilidade, reprodutibilidade, determinação da resolução espacial e alinhamento do sistema. Na demonstração da aplicabilidade, foram realizadas medidas no Laboratório de Instrumentação Eletrônica e Técnicas Analíticas (LIETA) (um quadro de um artista desconhecido, um artesanato em madeira, um azulejo português moderno e uma peça de cerâmica da cultura Chancay/Peru) e no Museu Imperial, em Petrópolis (regiões do quadro “Batalha de Campo Grande” de Pedro Américo e regiões da berlinda de aparato de D. Pedro II). Para as medidas no Museu imperial, foi necessária a troca do tubo de raios X, de forma rápida e fácil, para um tubo com anodo de Ag. A partir dos espectros gerados, foram obtidos os mapas de distribuição elementar para cada amostra. Os resultados finais obtidos com o sistema demostraram que o equipamento portátil de MA-XRF possui fácil manuseio e que realiza medidas confiáveis. |
Abstract: | Lately, research centers and universities have been developing portable XRF systems, motivated by simplicity in assembly and ease in obtaining the associated technology with this technique. There is a wide application variety for portable XRF systems, however, the Archeometry area is the most promising, because of its non-invasive portable systems available to conduct studies in museums. Usually, the displacement to a laboratory is somewhat complicated by several factors (space, security, etc.). The MA-XRF equipment type available on the commercial market, which is labeled as portable, is not suitable for researchers. They often need more information, beyond data collection, and the usual equipments can hardly be modified for general purposes. Thus, this work aims to develop and validate a low-cost, portable, automated, MA-XRF equipment that uses a learning color identification in a given cultural heritage that correlates colors and their positions. Researchers need to be able to measure specific spots in an automated way with XRF. In the XRF system, a low-power X-ray tube (Au anode, 40 kV, 200 μA) and an SDD type detector with a PX5 digital pulse processor are used, which are coupled to a Z focal adjustment stage concerning sample, a horizontal movement stage (X-axis), a vertical movement stage (Y-axis) and a control center managed by a Raspberry Pi microcomputer. The system characterization consists of repeatability and reproducibility tests, determinating spatial resolution and system alignment. In the applicability demonstration, measurements were taken in samples at Laboratório de Instrumentação Eletrônica e Técnicas Analíticas (LIETA) (a painting by an unknown artist, wooden crafts of Brazil's northeast, modern Portuguese tiles and a ceramic piece from the Chancay culture/ Peru) and at the Imperial Museum, Petrópolis-RJ, (painting parts from “Battle of Campo Grande” by Pedro Américo and Emperor D. Pedro II's imperial carriage parts). For the Imperial Museum measurements, it was necessary to change the X-ray tube, quickly and easily, to one with an Ag anode. From the generated spectra, the elementary distribution maps for each sample were obtained. The final system analysis showed that MA-XRF equipment is easy to handle and performs reliable measurements in addition to being portable. |
Palavras-chave: | X-rays - Fluorescence - Equipment and supplies Machine learning Colors - Pattern recognition systems Archaeometry Cultural property - Petrópolis (RJ) MA-XRF Eletronic instrumentation Machine learning Cultural heritage Raios X – Fluorescência – Equipamento e acessórios Aprendizado do computador Cores – Sistemas de reconhecimento de padrões Arqueometria Patrimônio cultural – Petrópolis (RJ) MA-XRF Instrumentação eletrônica Aprendizado de máquina Patrimônio cultural |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA NUCLEAR |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Física Armando Dias Tavares |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
Citação: | GAMA FILHO, Hamilton Santos. Desenvolvimento de um sistema portátil de macro XRF que utiliza aprendizado de máquina para reconhecimento de padrões de cores em pigmentos usados na área de Arqueometria. 2020. 171 f. Tese (Doutorado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020 . |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17696 |
Data de defesa: | 6-Mar-2020 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Física |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Tese - Hamilton Santos Gama Filho - 2020 - Completa.pdf | 8,34 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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