高光譜成像儀在故宮書(shū)畫(huà)文物保護(hù)中的作用

本研究應(yīng)用了900-1700nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS25進(jìn)行相關(guān)研究。FigSpec?系列成像高光譜相機(jī)采用高衍射效率的透射式光柵分光模組與高靈敏度面陣列相機(jī)、結(jié)合內(nèi)置掃描成像及輔助攝像頭技術(shù)，解決了傳統(tǒng)高光譜相機(jī)需外接推掃成像機(jī)構(gòu)及調(diào)焦復(fù)雜等難以操作的問(wèn)題?？膳c標(biāo)準(zhǔn)C接口的成像鏡頭或顯微鏡直接集成，實(shí)現(xiàn)光譜影像的快速采集。

中國(guó)是歷史悠久的文明古國(guó)在漫長(zhǎng)的歲月中，中華民族創(chuàng)造了豐富多彩，彌足珍貴的文化遺產(chǎn)。文化遺產(chǎn)是歷史與社會(huì)發(fā)展的見(jiàn)證是文化認(rèn)同的標(biāo)志 是提高創(chuàng)新能力的源泉 是體現(xiàn)國(guó)家文化軟實(shí)力的不可再生的重要物質(zhì)資源，同時(shí)也是調(diào)結(jié)構(gòu)促發(fā)展、培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源。故宮博物院擁有180萬(wàn)件（套）文物 其中13萬(wàn)件書(shū)畫(huà)類(lèi)文物 ，是國(guó)內(nèi)珍貴書(shū)畫(huà)文物最集中的博物館。目前 故宮博物院書(shū)畫(huà)文物保護(hù)主要依賴(lài)于傳統(tǒng)書(shū)畫(huà)裝裱修復(fù)技藝 缺乏全面科學(xué)系統(tǒng)的材質(zhì)與工藝分析。這是因?yàn)闀?shū)畫(huà)文物較脆弱，且難以進(jìn)行取樣工作。要對(duì)書(shū)畫(huà)文物進(jìn)行科學(xué)分析 既要使用無(wú)損的分析方法 漢要保證分析方法的效率。因?yàn)闀?shū)畫(huà)文物尺幅一般較大 如果只對(duì)局部點(diǎn)進(jìn)行分析 可能會(huì)錯(cuò)過(guò)重要的信息 所以**的分析方法是對(duì)書(shū)畫(huà)文物進(jìn)行整體分析 因此必須保證分析方法具有足夠高的效率。高光譜成像技術(shù)是目前最為安全、不易受檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)環(huán)境限制的無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)之一。高光譜成像技術(shù)能在紫外、可見(jiàn)光、紅外的電磁波段獲取許多非常窄波段的圖像數(shù)據(jù)，即為每個(gè)像元提供數(shù)十到數(shù)百個(gè)波段的光譜信息，組成一條完整且連續(xù)的光譜曲線 這些曲線可以用來(lái)定量分析觀測(cè)對(duì)象的屬性。相較于便攜式X射線熒光光譜、拉曼光譜等無(wú)損分析方法高光譜具有更高的效率。因?yàn)楦吖庾V成像技術(shù)可以同時(shí)大幅面獲得圖像和反射光譜 并且速度很快。對(duì)于書(shū)畫(huà)文物 高光譜圖像信息有助于彩繪文物的病害調(diào)查，可以用來(lái)辨別書(shū)畫(huà)文物的隱藏病害、修復(fù)痕跡和一些褪色模糊不清的畫(huà)面內(nèi)容；高光譜反射光譜可以用來(lái)鑒定顏料和膠結(jié)劑的成分 將反射光譜和圖像結(jié)合還可以實(shí)現(xiàn)顏料和膠結(jié)劑的面分布分析。將此技術(shù)用于書(shū)畫(huà)文物的保護(hù) 不僅能夠深度了解文物病害程度，為繪畫(huà)工藝研究提供幫助 更重要的是能夠?yàn)闀?shū)畫(huà)文物的保護(hù)修復(fù)材料選擇和修復(fù)效果評(píng)估提供參考。

本研究歸納總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外高光譜成像技術(shù)在文物保護(hù)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，并利用研發(fā)的高光譜成像系統(tǒng)對(duì)部分故宮博物院館藏書(shū)畫(huà)文物進(jìn)行高光譜掃描成像分析。通過(guò)獲取文物的高空間分辨率、高光譜分辨率的成像數(shù)據(jù)，進(jìn)行文字信息增強(qiáng)、隱藏信息提取、底稿線提取、顏料分析等多方面應(yīng)用研究。結(jié)果表明 高光譜成像技術(shù)特別是短波紅外波段 不僅可以有效增強(qiáng)印章的文字信息 發(fā)現(xiàn)書(shū)畫(huà)作品的涂改與涂沫痕跡，而且對(duì)于底稿線等線描特征的提取有著非常好的效果，并能有效地對(duì)書(shū)畫(huà)文物所使用的礦物顏料進(jìn)行識(shí)別與分類(lèi)。高光譜成像技術(shù)為文物科技工作帶來(lái)新的有效的技術(shù)途徑 將在文物數(shù)字化存檔、文物診斷、文物修復(fù)等方面發(fā)揮重要作用，推動(dòng)文物科技工作的發(fā)展。鑒于目前國(guó)內(nèi)使用高光譜成像技術(shù)分析文物的效率較低 每次成像面積較小只能分析文物的局部，為了提高高光譜成像技術(shù)分析書(shū)畫(huà)文物的效率 ，故宮博物院與中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所合作開(kāi)發(fā)了一套專(zhuān)門(mén)用于書(shū)畫(huà)文物的高光譜成像自動(dòng)掃描拼接系統(tǒng)，包括400~2000nm波段范圍的成像光譜系統(tǒng)、全自動(dòng)光機(jī)掃描平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集控制和掃描平臺(tái)控制軟件，以及數(shù)據(jù)分析軟件。高光譜成像自動(dòng)掃描拼接系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高光譜數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和拼接 特別適用于書(shū)畫(huà)的整體分析。