多光譜影像技術在文化遺產保護中的應用

戎　巖

(咸陽師范學院 經濟與管理學院,陜西 咸陽 712000）

多光譜影像技術在文化遺產保護中的應用

戎巖

(咸陽師范學院 經濟與管理學院,陜西 咸陽 712000）

多光譜影像技術在化學、材料、遙感等多個領域運用。20世紀90年代，該技術被引入到文化遺產保護領域，在古代損毀壁畫表面繪畫信息的再現(xiàn)及提取方面具有突出的效果，并在博物館的書畫修復中被廣泛運用。這些研究成果可望對古代繪畫顏料的褪色、變色機理的研究有輔助作用，對傳統(tǒng)壁畫修復及古代書畫復原的配色作出一定的指導建議。

多光譜影像;壁畫;古代書畫;顏料鑒定

多光譜影像技術，是一種通過擴展經常規(guī)方法能感知到的光譜范圍從而獲取圖像信息的一種方法[1]。20世紀90年代開始，文化遺產保護領域嘗試使用該方法進行輔助分析，主要對各類文化遺產如壁畫[2]、紙質文物等出現(xiàn)褪色、變色等文字及圖案信息進行準確的甄別，由于具備非接觸等優(yōu)異特點，符合文物保護最小介入等原則。

1　在壁畫調查中的應用

古代壁畫因受到人為及自然因素的破壞，極易失去原有的面貌信息，導致內容及色彩均與原貌出現(xiàn)較大的差距，而通過多光譜影像調查，有助于在壁畫的研究中得到更多的信息和資料[3]。在紫外或紅外多光譜條件下獲取壁畫圖像信息，利用不同物質對不同波段光譜能量吸收和反射程度不同而產生不同的光譜反射特性原理，對比標準光譜圖像數(shù)據(jù)庫，可初步判定壁畫制作材料的類別及工藝上的一些特征，有助于后續(xù)的保護和修復。

（1）近紅外圖像數(shù)據(jù)采集。采用多光譜相機，主要用于多光譜影像數(shù)據(jù)采集，利用光譜范圍780-3000nm之間的紅外線感光進行拍攝，將近紅外用于壁畫調查，主要體現(xiàn)兩個特點：①穿透性強，相比可見光，700-2500nm的近紅外區(qū)域可以更容易地穿透某些顏料，如赭石、鉛粉、朱砂等，尤其在2000nm處的近紅外對這些顏料的吸收率達到最低。在2000nm波段之后，壁畫顏料對近紅外的吸收率增加，因為在顏料中普遍存在O-H和C-H化合鍵。②探測效果明顯。木炭、石墨、碳鉛筆、墨水對近紅外光吸收較為強烈，在近紅外圖像上表現(xiàn)為用此類物質繪制的壁畫紋理清晰可見，容易辨識。

（2）紫外熒光攝影調查。光譜范圍10-400nm的近紫外光譜下，對壁畫進行紫外光攝影。紫外光攝影分為兩種，即直接紫外光攝影和紫外熒光攝影。紫外光對有機物質具有熒光效應，所以應用紫外-可見吸收光譜用于鑒定有機化合物，對壁畫有機顏料的調查有一定的輔助作用。由于物體在紫外線的激發(fā)下輻射熒光的能力和強度不同，用攝影方法進行記錄。如在可見光照射下色調相近的物質，它們有可能在紫外熒光照相中顯示出很大的熒光亮度反差，利用此特點可對復雜的壁畫表面材料進行鑒別。

2　在古代書畫顏料鑒定、虛擬修復中的應用

古代書畫由于自身材料的老化，或者受自然及人為因素的影響遭受到不同程度的損壞。對于殘損的古畫信息，多采用圖像修復技術[4]，歐洲在文藝復興時期，藝術家根據(jù)書畫及其上殘留的潛信息，對殘損部位進行恢復。隨著科技的發(fā)展，數(shù)字圖像修復技術在捕獲、分析、傳輸古畫圖像信息中扮演著更加重要的作用。通過多光譜影像設備獲取古代書畫表面色彩信息，“同色異譜”等現(xiàn)象通過該方法可以有效避免，與傳統(tǒng)方法相比較，精確度和置信度均有所提高。

（1）古代顏料鑒定，斯坦尼福思等人[5]研究藍色顏料，根據(jù)古代油畫顏料與現(xiàn)有顏料在可見光區(qū)域內的近似特征，遴選出古代油畫顏料最為近似的現(xiàn)代顏料，在修復古代損毀畫作的過程中起到關鍵作用。

（2）褪色顏料虛擬修復，伯恩斯使用分光光度計測量定點光譜信息，對古代顏料進行分類辨別，在虛擬修復古代畫作過程中，將現(xiàn)有顏料的色相映射到古代顏料中，湯姆森基于庫貝卡—芒克定律探索綠色油畫顏料漸變?yōu)樽厣臋C理，提出光照條件在油畫顏料漸變中的作用。

國內學者近年來采用多光譜成像系統(tǒng)進行顏色重建，而基于多光譜成像技術的古畫虛擬修復研究所做工作并不多。國外學者采用先進的技術和算法對古代畫作進行虛擬修復研究，并取得較大成果。由于該方法能夠滿足文物保護的技術要求，現(xiàn)已在博物館的書畫修復中被廣泛運用。

3　在檔案字跡鑒定中的應用

可見光條件下，檔案字跡的痕跡不易辨別，而在紫外線拍攝條件下，鑒定效果較佳，依據(jù)攝影鏡頭及感光材料在紫外范圍的特征區(qū)域，一般分為長波及短波兩個區(qū)域。長波區(qū)域，波長一般介于320-400納米，峰值為365納米；短波區(qū)域，波長介于320-200納米，峰值為254納米。通過紫外線攝影，可使可見光下辨識不清的一些痕跡得以顯現(xiàn)，繼而達到辨識檔案字跡、痕跡的作用。

4　展望

多光譜影像在我國文化遺產保護領域應用與研究較晚，其相關理論還處于不斷發(fā)展過程之中。目前，多光譜影像方法提供了科學鑒定辨識古代顏料的方法，可望對古代油畫顏料、礦物顏料的褪色、變色機理的研究有輔助作用，對傳統(tǒng)壁畫修復及古代書畫復原的配色作出更科學的指導建議。在現(xiàn)場文物保護中，可利用多光譜圖像，結合遺址地貌、土壤信息等數(shù)據(jù)，即將遙感與地理信息系統(tǒng)結合，引入人工智能等方法，可更好、更準確地提取文物潛信息，為制定有效的文物保護措施提供依據(jù)。多光譜圖像分析在文化遺產保護中，是一個亟待進一步開發(fā)的領域。

[1]孫玉剛.數(shù)字圖像修復技術研究[D].南京:南京航空航天大學,2011.

[2]梁龍.基于樣本的圖像修復算法在唐墓壁畫上的應用[D].西安:西安建筑科技大學,2013.

[3]中國文化遺產研究院、吉林省文物局、集安市文物局編.文物保護科技專輯Ⅲ——高句麗墓葬壁畫原址保護前期調查與研究[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009:27-28

[4]王新桃.古書畫常見的損傷及修復[J].文物世界,2013(06):76-78.

[5]S Staniforth.Retouching and Colour Matching:the Restorer and Metamerism[J].Studies in Conservation,1985,30(3):101-111.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.140

陜西省教育廳專項基金（15JK1795）;陜西省重點扶持學科中國史（歷史地理學）專項資金建設項目（0602）。

戎巖(1984-),男,陜西咸陽人,講師,主要研究方向為文化遺產保護與規(guī)劃。