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不拆封也能看,开源算法“透视”300 多年前密封信件

2024-11-02 208


史料,是历史研究所需的重要材料,帮助后人认识、解释、重构历史痕迹。众多史料里,书信是重要类别。

现代信封开始使用之前,人们习惯用称为“锁信”(letterlocking)的复杂方式折叠,再用蜡密封,并装上防篡改装置。这方式当时视为全球通信安全的基础。

MIT 图书馆管理员 Jana Dambrogio 曾介绍:

“锁信”持续了几世纪,不论名人还是普通民众都在使用。“锁信”最早于一批梵蒂冈秘密档案发现,可追溯至 1494 年。

Jana Dambrogio 与伦敦国王学院早期现代英国文学讲师 Daniel Starza Smith 及“解锁历史”(Unlocking History)研究小组,一起将“锁信”发展为研究领域。

一般情况下,“锁信”保存的信件,人们只有剪开才能读信,不过对历史学家来说,简单粗暴的方式无疑是破坏史料。最近一项技术帮助历史学家解决这难题:科学家首次不打开、不破坏信件下“阅读”封印的古老信件。

没错,科学家有透视能力了!

“透视”书信首次达成

3 月 2 日,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 光微断层扫描成像的密封文件自动虚拟展开)。

论文作者来自 MIT(图书馆、电脑科学和人工智能实验室)、Adobe 研发中心、英国伦敦国王学院、伦敦玛丽女王大学、荷兰乌得勒支大学、莱顿大学、内梅亨大学。MIT 官网介绍,这项突破性的研究是史料保护者、历史学家、工程师、成像专家和其他学者跨国界、跨学科合作的结果。

研究团队用文艺复兴时期的欧洲信件示范,达成不打开、不破坏下“阅读”密封信件。研究员还原编号为 DB-1627 的信件:写于 1697 年 7 月 31 日,出自法国商人 Jacques Sennacques 之手。他向堂兄 Pierre Le Pers 请求提供 Daniel Le Pers 的死亡通知副本。

值得一提的是,计算分析前,研究员只知道写在邮件表面的收件人姓名。

“虚拟展开”算法已开源

研究团队运用的是自动计算扁平化算法。论文介绍,计算扁平化算法目前功地应用于损坏的历史文献 X 光微断层扫描,但仅限卷轴、书籍、仅折叠过一两次的文件。

比起上述情况,研究团队要解决的难题是:重建“锁信”信件错综复杂的褶皱和缝隙。研究团队思路是逆向工程,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库。

他们观察到信件防篡改锁定机制,主要透过不可逆的破坏阻止拦截者,接收者借助机制检测所谓的“中间人”攻击──借助这机制,研究员可给信件打个安全分数。不过基于特殊设计,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,还得经由已打开的信件推断。

具体来讲,研究对象是“布里耶纳收藏”(Brienne Collection),这是欧洲邮政局长的箱子,里面装有 1680~1706 年未递送的信件。有 3,148 件已编目物品,包括 2,571 封打开信件、碎片和其他文件,以及 577 个未打开的邮包。

下图展示团队主要研究的 4 个邮包。

(Source:Nature,下同)

他们利用高对比度延迟积分 X 射线微电脑断层扫描(X-ray microtomography,XMT)产生的高分辨率体积扫描,开发出“虚拟展开”(virtual unfolding)方法,即完全自动、重建和虚拟展开信件成像的立体扫描方法。

如下图所示,没有任何关于信包折叠形状的先验讯息下,这方法会生成:

  1. 折叠后的信件 3D 重建。
  2. 对应的表示平面状态的 2D 重建
  3. 3D 与 2D 映射
  4. 信件底层表面
  5. 每个信包折痕图案的平面图

过程简单来讲就是:

先用 X 光显微成像技术扫描信件,得到 3D 模拟。

再用算法辨识、区分信件每层:这原理是墨水和信纸会形成不同反差,信里内容会展现。目前算法已开源。

对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。能无损取得信件内容,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。

正如论文合著者之一、莱顿大学 Nadine Akkerman 所言:

我们取得的成就不仅是打开无法打开的信件,阅读难以阅读的内容,还展示真正跨学科工作如何打破界限,调查人文学科无法独立解决的内容。

  • 不打开信件也能阅读内容,自动计算算法首次实现“虚拟展信”
  • Researchers virtually open and read sealed historic letters
  • The art and science of letterlocking

(本文由 雷锋网 授权转载;首图来源:MIT)

2021-03-10 15:00:00

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