2021 年 3 月 2 日,相关研究成果发表于《自然》子刊《自然 • 通讯》(Nature Communications),题为 Unlocking history through automated virtual unfolding of sealed documents imaged by X-ray microtomography(解锁历史:基于 X 射线微断层扫描成像的密封文档自动虚拟展开)。
麻省理工学院(MIT)研究人员设计了一种虚拟现实技术,能够将折叠密封的信纸虚拟展开,从而能够让人们在不展开信纸的条件下阅读信件的内容。
研究人员对一封标号为 DB-1627 的信件进行了还原:这封信写于 1697 年 7 月 31 日,出自一位法国商人 Jacques Sennacques 之手。在信中,他向堂兄 Pierre Le Pers 请求提供一份 Daniel Le Pers 的死亡通知副本。
值得一提的是,在进行计算分析之前,研究人员只知道写在邮包表面的收件人姓名。

研究团队所运用到的是一种自动计算扁平化算法。
论文介绍,计算扁平化算法目前已成功地应用于对损坏的历史文献进行 X 射线微断层扫描,但还仅限于卷轴、书籍、仅仅被折叠过一两次的文档。
相比于上述情况,研究团队要解决的难题是:对通过 “锁信”方式保存的信件错综复杂的褶皱和缝隙进行重建。
研究团队的思路是对信件进行逆向工程,也就是说,信件本身就是研究历史通信安全方法的关键数据集。
他们观察到了信件内置的防篡改锁定机制,这种机制主要是通过不可逆的破坏来阻止潜在拦截者,接收者能够借助这种机制检测到所谓的 “中间人”攻击——正是借助这一机制,研究人员可以给信件分配一个安全分数。
不过基于一种特殊的设计,信件只有在预定目的地才能打开。因此研究人员要设计系统,还得通过已打开的信件进行推断。
具体来讲,团队的研究对象是 “布里耶纳收藏”(Brienne Collection),这是一个欧洲邮政局长的箱子,里面装有 1680-1706 年未递送的信件。箱子里有 3148 件已编目的物品,包括 2571 封已打开的信件、碎片和其他文件,以及 577 个未打开过的邮包。
下图展示的是团队主要研究的 4 个邮包。
他们利用高对比度延时积分 X 射线微断层扫描(X-ray microtomography,XMT)产生的高分辨率体积扫描,开发了一种 “虚拟展开”(virtual unfolding)方法,即一种完全自动的、重建和虚拟展开信件成像的体积扫描方法。
如下图所示,在没有任何关于信包折叠形状的先验信息的情况下,这一方法会生成:
折叠后的信件三维重建
对应的表示其在平面状态的二维重建
三维与二维的映射
信件底层的表面
每个信包折痕图案的平面图像

其过程简单来讲就是:
先用 X 射线显微层析成像技术对信件进行扫描,得到三维模拟。
再用算法识别、区分信件的每一层:这一步的原理是墨水和信纸会形成不同反差,信里的内容会得到展现。
目前这一算法已开源(https://github.com/UnlockingHistory/virtual-unfolding)。

对于历史学家和文物保护人员来说,即便是信件的折痕和缝隙,都是很有价值的证据。因此,能够在无损的情况下获取信件内容,是历史文献研究的一大进步。
将算法与其他学科相融合,促进其他领域研究发展,也许是这项研究最大的意义所在。
--- 本文节选自
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