Стереомикроскоп поможет в трехмерном измерении изучить поверхность холста, пигменты и мазок. Поверхность любых картин со временем трескается. Трещины на красочной поверхности полотен, возраст которых насчитывает сотни лет, под стереомикроскопом напоминают глубокие каньоны, снятые с высоты птичьего полета. Если картина позднее реставрировалась, создается впечатление, будто эти «каньоны» залиты краской.
Исследование в инфракрасном диапазоне, рентгеновская съемка и исследование в боковых лучах света позволяют обнаружить имеющиеся под поверхностным слоем картины живопись, рисунки и наброски. Благодаря цифровым технологиям инфракрасные снимки можно сразу же увидеть на экране.
На старых работах часто есть печати, эскизы и другие знаки и метки. На картинах XV и XVI веков, например кисти Альбрехта Дюрера, под верхним слоем краски очень часто обнаруживают более раннюю живопись. Многие художники перед работой масляными красками наносят на холст изображение карандашом или углем. Эскиз должен содержать уголь, чтобы его можно было различить под нанесенными на него красками на инфракрасном снимке.
Рентгеновские снимки позволяют особенно четко выделить мазок, поэтому с их помощью легко распознавать и сравнивать авторскую манеру. Если исследователь располагает достаточным объемом материала для сравнения, он сумеет достоверно отличить подлинник от подделки.
В случае исследования в боковых лучах света на произведение направляют мощный световой поток сбоку, что позволяет детально проанализировать технику живописи, а также дефекты красочной и лаковой поверхности.
Анализ пигментов служит для определения использованных пигментов, их возраста и происхождения. Это бывает нужно, чтобы установить, мог ли художник использовать краску с соответствующим пигментом. Анализ выполняется либо неразрушающим методом, либо путем забора микроскопических проб с помощью супертонкой иглы, не наносящей вреда картине. Пробы исследуются под поляризационным или растровым электронным микроскопом, а также с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра или Раман-спектрометра.
Такой анализ очень важен для определения времени создания произведений искусства. В свое время красочные пигменты добывали из природных материалов, например из минералов и растений. Размалывали сырье вручную. Так, индийский желтый получали из мочи коров, которых кормили листьями манго. Натуральную сепию изготавливали из чернильного мешка кальмаров, выловленных в Средиземном море.
Лет пятьсот назад бедный художник вряд ли мог использовать ультрамариновый синий, поскольку он стоил дорого. Его изготавливали из полудрагоценного камня, который дробили и перемешивали в цветную массу. Сырье для этого пигмента добывали в те времена и добывают до сих пор лишь в горах Афганистана, покупать ультрамарин могла только церковь, поэтому он часто встречается на старых полотнах на религиозные сюжеты. Натуральный ультрамарин и сегодня по-прежнему ценится очень высоко, многократно дороже искусственного пигмента. Стоимость килограмма натурального ультрамарина сопоставима с ценой на новый высококлассный автомобиль, а килограмм синтетического обойдется не дороже двух кружек пива в пабе.