Imperial- och National Gallery-forskare har använt en ny algoritm för att visualisera dolda teckningar under Leonardo Da Vincis Virgin of the Rocks.

Imperial College Londons professor Pier Luigi Dragotti och National Gallerys Dr. Catherine Higgitt använde den nya algoritmen i kombination med en teknik som kallas makroröntgenfluorescens (MA-XRF) skanning, som kartlägger kemiska grundämnen inom målningar.

Därmed avslöjade de, tydligare än någonsin tidigare, de dolda figurerna som Leonardo först ritade innan han ändrade sin design till den som han så småningom målade. Dessa inkluderade övergivna bilder av en ängel och Kristus.

Professor Dragotti, vid Imperials avdelning för elektrisk och elektronisk teknik, sa:"Det var som att leta efter en nål i en höstack, men en sådan fantastisk känsla att se vingarna och huvudet äntligen avslöjas."

När konst möter vetenskap

Forskare vid National Gallery hade redan upptäckt, använder infraröd bildbehandling, delar av Leonardos första ritningar under målningens yta, som inkluderade Jungfrun i en annan pose placerad högre upp på panelen.

På senare tid använde teamet MA-XRF för att non-invasivt skanna varje pixel i målningen för att upptäcka olika kemiska element i materialen som Leonardo använde i målningen.

De fann att ritningen för den dolda första kompositionen innehöll zink, gör det möjligt att avslöja fler bortglömda gestalter – inklusive Kristusbarnet och en bevingad ängel till höger där nu bara landskapet är synligt.

På Imperial, Professor Dragotti utvecklade algoritmen för att automatiskt bearbeta den enorma mängden data från MA-XRF-skanningarna, förbättra det befintliga, fler manuella metoder och att producera bättre, mer tillförlitliga bilder för att hjälpa dem att visualisera data.

Han sa:"Varje pixel innehöll olika mängder av varje element, inom olika lager. Vi analyserade varje pixel individuellt innan vi kombinerade dem för att se alla underritningar i målningen. Detta avslöjade en mycket skarpare bild av ängeln och barnet."

Dr Higgitt sa:"Innan, vi fick mycket svaga signaler från zinken i målningen på grund av dess överlappning med andra element, men algoritmen har gett oss mer förtroende för signalerna som relaterar till underritningen."

"Det har varit en givande upplevelse att lära sig om och kombinera våra olika områden. Resultaten kan också hjälpa oss att nå ut till en mer varierad och oväntad publik."

Konst och AI

Forskarna säger att deras skräddarsydda teknik kan tillämpas på data från andra målningar, göra analys av konstverk mer användarvänligt och låta data lättare nås av, till exempel, konststudenter och gallerier.

Professor Dragotti kommer nu att se över att kombinera bildtekniker och artificiellt intelligenta algoritmer för att extrahera mer dold information från målningar.