광메카트로닉스공학과 김규정 교수 연구팀이 광간섭 단층 촬영(OCT) 기술을 활용해 유화 작품의 크랙(균열) 형태를 3D로 정량 분석한 연구 결과를 발표했다.

연구팀은 미술품의 다양한 크랙 유형(직선형, 수직 직교형, 방사형)에 대해 고해상도 3D OCT 이미지를 획득하고, 크랙의 단면 이미지를 추출해 너비와 깊이를 측정했다. 또한, 크랙의 전체 높이에 걸쳐 Z축 단면적을 측정해 내부 구조 변화를 분석했다. 너비, 깊이, 좌/우측 벽의 깊이, 중심부 깊이 등에 대한 정량적 측정이 이뤄졌는데, 크랙 유형별로 특징적인 결과가 나왔다.

직선형 크랙은 너비와 깊이에서 가장 큰 변화를 보였고, 수직 직교형 크랙은 너비와 깊이에서 최소한의 변화가 나타났다. 방사형 크랙은 너비보다 깊이에서 더 큰 변화가 있었다.

더 세부적인 분석을 위해 크랙 길이에 따른 너비와 깊이의 변화 추이를 살펴본 결과, 직선형 크랙의 경우 가장자리에서 너비와 깊이가 증가하는 경향을 보였고, 수직 직교형과 방사형 크랙은 분기점에서 너비와 깊이 변화가 관찰됐다. 크랙의 Z축 단면적 또한 분석했는데, 크랙의 중심에서 양 끝으로 갈수록, 또는 중앙 수평축 기준의 한쪽 면에서 증가하는 경향을 보였다. 이는 크랙 내부의 3D 구조적 특징을 시각적으로 명확하게 보여주는 것이다.

【편광으로 구현된 나노픽셀의 색변환 및 온-오프 모드】

이번 연구를 통해 얻은 정밀한 크랙 측정 데이터는 보존 및 복원 최적화, 위조품 식별, 작품 가치 보존 분야에서 중요한 의미를 가질 수 있다.

첫째, 크랙의 3D 형태를 정량적으로 파악함으로써, 작품의 손상 정도를 정확히 진단하고, 이에 맞는 최적의 보존 및 복원 전략을 수립할 수 있다. 예를 들어, 크랙의 진행 속도를 예측하고 예방 조치를 취하는 데 활용될 수 있다. 

둘째, 크랙의 미묘한 형태학적 특징은 작품의 진위 여부를 판단하는 데 결정적인 증거가 될 수 있다. 이는 기존의 2D 분석보다 훨씬 더 정확하고 변별력 있는 위조품 식별의 과학적 토대를 제공할 수 있다. 

마지막으로, 예술 작품의 심미적, 경제적, 역사적 가치 손상을 방지하고 적절한 보존에 기여해 인류 문화유산의 지속 가능한 보존에 중요한 역할을 할 수 있다.

김규정 교수는 “OCT가 예술 작품의 상태 지표, 복원, 그리고 진위 판별에 활용될 수 있는 가능성을 제시했다”며 “향후 다양한 예술 재료 및 크랙 유형에 대한 3D 정량 분석 데이터베이스 구축이 중요하며 이러한 연구는 예술 작품의 역사적, 심미적 가치를 보존하고 복원하는 데 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이 같은 연구 성과는 ‘OCT-based quantitative analysis of craquelure morphology in an oil painting(유화 작품 균열 형태에 대한 OCT 기반 정량 분석)’이라는 제목의 논문으로 A&HCI 국제 학술지 『Journal of Cultural Heritage』에 보고돼 7월 12일자에 게재됐다.

- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.culher.2025.06.017  

이번 연구는 과학기술정보통신부 우수연구자교류지원사업(BrainLink) 및 미래국방혁신기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 광메카트로닉스공학과 김규정 교수(교신저자), 인지메카트로닉스공학과 김수정 박사과정생(제1저자), 미술학과 김지오 교수(공동저자), 프랑스 그르노블 대학 Gilles Nogues(공동저자) 교수가 참여했다.

* 상단 연구진 사진: 오른쪽부터 김규정 교수, 김수정 박사과정생.

[Abstract]

A thorough three-dimensional quantitative analysis of an artwork crack can yield valuable and in-depth information regarding the preservation, restoration, and authenticity of the artwork. In this study, high-resolution three-dimensional optical coherence tomography(OCT) images were obtained for each type of crack, and cross-sectional images of the cracks were extracted. The width and depth distributions were measured over the entire length of the cracks, and the z-axis slice cross-sectional areas were measured over the entire height of the cracks. The analysis revealed that straight cracks exhibited the most significant variations in width and depth. In contrast, vertical cracks exhibited minimal variability in terms of width and depth. Furthermore, radial cracks exhibited greater variability in depth than in width. The z-axis cross-sectional area increased from the center of the crack to both ends or from one side of the central horizontal axis reference of the crack. The utilization of these precise artwork measurement data can facilitate the optimization of preservation and restoration efforts, thereby providing a scientific foundation for the identification of counterfeits. This approach can prevent damage to the aesthetic, economic, and historical value of the artwork and contribute to its appropriate preservation.

- Authors (Pusan National University) 

· First author: Soojung Kim (Department of Cogno-Mechatronic Engineering)

· Corresponding author: Kyujung Kim (Department of Optics and Mechatronics Engineering)

- Title of original paper: OCT-based quantitative analysis of craquelure morphology in an oil painting

- Journal: Journal of Cultural Heritage

- Web link: https://doi.org/10.1016/j.culher.2025.06.017

- Contact e-mail: k.kim@pusan.ac.kr