재료적 특성과 구조에 따라 다양한 열화 양상을 띠는 회화를 과학적인 방법으로 진단하는 이유는 재료와 기법을 규명하고 손상 상황을 파악하여 보존처리 방안을 수립하기 위함이다. 또한 최근에는 회화의 과학적인 조사 결과를 필요로 하는 영역이 확장되고 있어 회화의 채색 기법 및 미술사적 정보 규명과 더불어 감정 분야에서 진위 여부 판단의 근거로 활용하기 위한 과학적 조사의 중요성이 더욱 강조되고 있다.
회화 진단에는 측광 조명을 활용한 고화질 사진을 기본으로 적외선과 자외선, X선 투과 이미지 등이 활용되어왔다. 이러한 방법들은 평면적인 정보, 이른바 2D 정보를 획득하는 것이기 때문에 채색층의 층위 정보를 얻기 위해서는 시료를 확보하여 단면을 관찰하는 파괴적인 방법을 선택할 수밖에 없다. 또한 파장별로 침투 및 투과 특성에 따라 얻을 수 있는 정보는 적용방법에 따라 한계점을 가지고 있기 때문에, 다양한 조사 방법을 활용하여 최대한 많은 정보가 확보될수록 유리하다. 테라헤르츠파는 기존 이미징 기술의 파장 특성으로 인한 한계점을 보완하기 위해 미술품 진단 분야에 적용되기 시작하였다. 테라헤르츠 이미징 분석은 기존 이미징 방법으로는 획득할 수 없었던 단면에 대한 정보를 시료 채취나 전처리 없이 비파괴 방식으로 획득 가능하다는 점에서 가장 큰 차별성을 가진 기술이다. 테라헤르츠 이미지는 비교적 직관적으로 특징이 관찰되기는 하나, 이미지나 펄스 신호의 양상을 이해하기 위해서는 재료적 특성과 분포 상태 등 다양한 상황을 복합적으로 고려해야한다. 따라서 연구자에게 다양한 사례 경험이 요구된다고 할 수 있다.
본 연구에서는 회화의 진단법 연구를 위해 구조 진단과 채색 특성 진단 파트로 구분하여, 시편 제작 및 분석을 통해 지지체 구조와 재료적 특성에 따른 테라헤르츠 이미지 변화 양상을 확인하고 실제 한국화 및 유화 작품에 대한 분석 결과를 해석하였다. 회화의 구조 진단을 위해, 한국화와 유화의 표장 형태를 반영한 시편으로 내부 구조에 대한 정보를 획득한 결과, 나무틀에 고정된 한지 또는 아사천의 상태와 더불어 지지체가 당겨진 방향과 강도를 추정할 수 있는 정보를 도출하였으며 복잡한 배접 구조를 가진 병풍의 내부 배접지 수량과 접착 상태를 진단할 수 있었다. 시편을 통해 확인한 사항들을 활용하여 병풍이나 족자로 표장된 한국화의 배접 방식 및 구조와 유화의 배접 방식을 진단하였다.
채색 특성 진단을 위해서는, 먼저 채색 재료에 대한 기본 특성이 테라헤르츠 이미지에 반영되는 양상을 시편을 통해 확인하였다. 아교의 농도가 증가하면 반사도가 높아지고 안료의 입도가 거칠어질수록 반사 강도가 낮아진다. 주요 안료의 상대적 반사 강도를 비교하였으며, 금속 성분의 안료 사용된 경우 모든 신호를 차단하는 특성을 활용하여 단면 이미지를 관찰하고 두꺼운 채색층을 올리는 기법이 사용된 경우 낮은 주파수의 이미지를 관찰하여 실제 작품의 채색 기법 진단에 활용할 수 있도록 하였다. 특히 다른 비파괴 분석법에서 감지하기 힘든 정보인 물감에 첨가된 교착제 및 첨가제의 차이가 테라헤르츠 이미지에 반영되는 것을 시편과 한국화 진단을 통해 확인하였다. 채색 패턴을 찾기 위해서는, 붓자국 감지에 대한 테라헤르츠 이미지의 적용 가능성을 파악하였다. 거친 패턴에서부터 섬세한 패턴까지의 유화를 대상으로 이미지 진단을 통해 채색 도구, 붓의 길이와 방향에 대한 정보를 획득할 수 있음을 확인하였다. 또한 침투력이 높은 테라헤르츠 이미지를 통해 밑그림을 진단할 수 있는데, 이러한 밑그림이 감지될 수 있는 조건이 어떠한 것인지 시편을 통해 탐색하고 밑그림이 있는 유화의 진단 사례를 함께 대조하여 정보의 양상을 관찰하였다.
마지막으로는 시편과 회화 작품을 통한 회화 구조 및 채색 특성 진단 연구 결과를 바탕으로 스캔 장치 적용법과 테라헤르츠 이미지를 활용한 회화 진단법, 이미지 해석 지침을 도출하였다. 장치 적용 시 분석자가 고려해야 할 사항들을 검토하여 테라헤르츠 이미징 장치의 방식에 따른 특성을 인지한 후에 분석자가 상황에 맞는 방법을 선택할 수 있도록 하고, 회화 진단에서 획득할 수 있는 정보의 유형을 데이터화하였다. 이를 통해 분석자가 필요로 하는 정보에 따라 테라헤르츠 이미징 기술을 활용할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 비파괴 및 비접촉 분석 방식으로 기존의 이미지 진단법을 보완하는 장점을 가진 테라헤르츠 이미징 기술을 다양한 상태의 회화 진단에 적용하고 그 특성을 정리하여 진단법을 제공하였다. 테라헤르츠 이미징 기술은 회화를 해체하지 않고도 구조적 결함을 진단하여 보존 대책을 수립할 수 있도록 정보를 제공하며, 보존처리 후 배접의 상태와 수량을 확인할 수 있으므로 괘불이나 병풍의 보존처리 감리에도 응용할 수 있다. 또한 미술사적 측면에서 기록상 알려진 것뿐만 아니라 아직 발견되지 않은 제작기법 등 특성에 대해서도 과학적 근거자료를 제시할 수 있는 수단으로 높은 활용 가능성을 갖고 있다. 뿐만아니라 미세한 상태를 반영하는 이미지 특성을 이용하여 회화의 특징적인 사항을 증명할 수 있기 때문에 테라헤르츠 이미지는 회화의 이력을 증명할 수 있는 과학적 근거로써 회화 감정 분야에서 활용도가 높을 것으로 기대된다.

Paintings manifest a wide range of deterioration patterns depending on their materials and structures. We diagnose paintings for deterioration using scientific method in order to identify the degree of damage and establish a plan for conservation treatment. In addition, new areas are emerging that require scientific examination of paintings. Scientific examination has come to take on greater importance in relation to identifying painting techniques used in paintings and ascertaining historic information about them, as well as in the field of artwork authentication.
Technologies used for painting diagnosis include high-resolution photographs taken with sidelights, as well as infrared, ultraviolet, and X-ray images. However, these methods produce two-dimensional information. In order to obtain information on each painting layer, we have to choose a method designed to examine the cross-section of specimens taken from a painting. Different types of information pose different limitations depending on wavelength and permeation/penetration characteristics. As such, in order to achieve better results, diverse examination methods need to be used to maximize the information drawn from a painting. In the same vein, in order to overcome the limitations caused by the wavelength characteristics of the conventional imaging technologies, terahertz imaging technique began to be utilized in diagnosis of paintings. Terahertz imaging technique is different from the conventional imaging method in that it allows analyst to obtain cross-sectional information without damaging the art work. Comprehensive consideration of various aspects, including the characteristics and distribution of materials used in a painting, is required for the understanding of terahertz images and pulse signal patterns. Thus, it requires researchers to have experienced diverse cases.
This study on painting diagnosis methods consists of two parts: structural diagnosis and coloring characteristic diagnosis. By taking and analyzing specimens, the researcher examined changes in terahertz images caused by different support layer structures and materialistic characteristics, and interpreted the findings on actual Korean paintings and oil paintings. Based on the findings, the researcher identified the scope of information available through terahertz imaging technique, and matters to consider when interpreting the information. The researcher also studied ways to utilize terahertz imaging technique when developing a plan for painting diagnosis.
For a structural diagnosis of paintings, the researcher obtained information on the specimens’ internal structures based on the mounting style for Korean paintings and oil paintings. Information was obtained that allows for estimation of the status of hanji paper or linen fixed on wooden frames, and the direction and strength of the stretching of the support layers. The information allowed for the diagnosis of the quantity of inner lining paper of folding screens with complex lining structures, as well as the bonding status of lining paper. The information obtained from the specimens was used to diagnose the bonding methods and structures of Korean paintings mounted in folding screens or scrolls, and the lining methods of oil paintings.
In order to diagnose painting characteristics, the researcher used the specimens to examine how the basic characteristics of coloring materials are reflected in the terahertz images. Along with changes in reflectance intensity caused by the concentrations of animal glue and the particle size of pigments, the researcher compared the reflectance intensity of key pigments. The researcher also analyzed the images of specimens in which metallic pigments were used or thick painting layers were added, to obtain information to use in the diagnosis of coloring techniques. In particular, the diagnosis of the specimens and Korean paintings confirmed that the terahertz images include information on the difference between the binding media and additives, which had been difficult to detect in other non-destructive analysis techniques.
As for coloring patterns, the researcher looked into the applicability of terahertz images to brushstroke detection. An image diagnosis of oil paintings with various patterns ranging from rough patterns to delicate patterns showed that information regarding coloring tools and brush lengths and directions can be acquired. In addition, high-infiltration terahertz images were used to diagnose rough sketches. Specimens were used to identify the conditions that allow for the detection of rough sketches, and the patterns of information were compared by comparing them with analyses of other oil paintings with rough sketches.
Lastly, based on the findings of the study on painting structures and coloring characteristics using specimens and paintings, the researcher developed application methods for scanners, painting diagnosis techniques using terahertz images, and guidelines for interpreting the images. The matters to be considered by an analyst when using the device were reviewed to identify the characteristics of terahertz imaging devices employing different methods, and presented information to help analyst choose the method suited to his/her situation. In addition, data were developed on the types of information obtainable from painting diagnosis. The data and information were designed to allow a analyst to use terahertz imaging technique in different ways depending on the information that he/she needs.
This study applied terahertz imaging technique to the diagnosis of various painting diagnoses, identified the technique’s characteristics, and proposed diagnosis methods. Terahertz imaging technology allows analysts to diagnose structural defects without touching or taking paintings apart, and establish conservation plans. It also allows for the confirmation of bonding status and amount of paper after conservation treatment, which makes it applicable to the inspection of conservation treatment applied to Buddhist hanging scrolls or folding screens. The technique is also highly applicable to providing scientific bases for previously undiscovered information about paintings, as well as the information found in historic records. Furthermore, as the technique is capable of detecting micro-level conditions, terahertz images can be used to prove unique features of specific paintings. Therefore, the technique is expected to be highly useful in painting authentication, as a method for obtaining scientific proof for a painting’s history.