高光谱成像技术在故宫书画文物保护中的应用

为探讨对故宫书画文物进行整体分析、保护的方法,本研究利用研发的高光谱成像系统,对故宫博物院的部分馆藏书画文物进行分析。分析发现,高光谱成像技术在文字信息增强、隐藏信息提取、底稿线提取、颜料分析等方面有独特的优势。将高光谱成像技术用于书画文物的保护,不仅能够深度了解文物病害程度,为绘画工艺研究提供帮助,更重要的是能够为书画文物的保护修复材料选择和修复效果评估提供参考,使保护修复更加全面和科学化,同时能缩短病害调查和科学分析的时间,加快保护修复工作的进度。     

高光谱成像技术对宜宾市博物院藏族谱印记的分析

采用高光谱成像仪对宜宾市博物院藏族谱书画上11处模糊、局部有脱落的印记进行数据采集,用ENVI软件对高光谱数据进行分析处理。通过对印记光谱曲线和标准颜料数据库的比对得知印记颜料的主要成分可能为朱砂,并结合激光拉曼光谱仪进行验证。通过对光谱图像进行最小噪声分离和波段运算处理后增强了族谱印记的可识读性,印记可识读性的增强有助于正确识别印记内容,对族谱书写者、书写者印章使用信息、文物收藏信息和文物价值等研究具有重要意义。     

高光谱和拉曼光谱的比较——以亚美尼亚手稿为例

亚美尼亚手稿因其独特的艺术性享誉于世,对其装饰颜料的研究能够帮助制定保护修复方案、研究颜料制作历史、贸易路线和文化交流等等。拉曼光谱是常用的颜料分析手段,但其光斑较小,不适用于大面积颜料区域的分析。高光谱是一种反射光谱,能够快速扫描大面积区域,对于大面积颜料的识别有潜在的优势。分析仪器:高光谱:VNIR1003B-10147型高光谱,光谱采集范围380~1000 nm,光谱分辨率0.64 nm。采用线扫描,每行1600像素。光源为由Techniquip 21DC控制的卤素灯。拉曼光谱:自行研发的专门用于文物颜料分析的拉曼光谱仪,可以原位分析较大尺寸的手稿。激光光源632.8 nm,光谱范围91~2577 cm^-1,光斑大小约30μm。     

基于可见光谱特征提取的敦煌壁画颜料识别方法研究

为了对壁画颜料种类进行无损识别,根据不同的物质对光的吸收特性不同,决定着光谱反射率不同这一特性,提出一种基于可见光谱的颜料识别方法,并对敦煌壁画所用颜料进行了分析。提取可见光谱曲线二阶导数负数部分表征曲线峰值区域的几何轮廓,利用中值金字塔对提取结果进行三层分辨率表征以突出曲线峰值位置信息,归一化三种表征尺度并组合构建特征空间F,以欧氏距离为准则对壁画采样点与颜料库样本进行相似度判别,从而识别出壁画用颜料信息。结果表明,本研究构建的识别方法能够对壁画颜料种类进行无损识别,在壁画数字存档及修复领域具有一定的应用前景。     

秦始皇帝陵出土二号青铜马车彩绘夔龙纹复原方法研究

为对秦始皇陵出土的彩绘铜车马采取非接触且科学可靠的方法开展研究,选择使用高光谱成像技术,以非接触方式无损地获取文物表面信息。通过对信息的处理与分析,实现对于文物表面彩绘纹样的发现与复原工作。针对秦始皇帝陵出土的二号青铜车马彩绘纹样的受损情况,提出了结合高光谱成像技术与计算机图像技术的数字复原方法。主要是利用了高光谱成像技术“图谱合一”的优势:一方面利用其在近红外区域的高光谱成像结果检测并复原出彩绘纹样难以识别的图案边缘信息;另一方面利用高光谱数据中的光谱信息,将铜车马彩绘纹样上未知矿物颜料的光谱同实验建立的矿物颜料标准光谱库进行拟合,识别出铜车马上彩绘所采用的颜料种类(雄黄1、石青5、石绿1、黄丹、铅白等),从而获得色彩信息。实验结果显示该方法可以得到较为完整的铜车马彩绘纹样的数字复原图像,并为今后对于铜车马更深入的研究和应用提供有利支撑。     

高光谱成像技术在中国古代书画分析中的应用研究综述

中国古代书画，因其年代久远，递藏情况复杂，多数屡经裁切割补、修复重装，故而有很多历史信息或被叠摞或被遮蔽，导致今人不能以肉眼直接观察而获得，而纸绢接补，墨迹、颜料、印鉴的残损也为书画研究者带来诸多悬而未决的问题。近年来，高光谱技术作为一种非侵入式的光谱成像技术，已逐步应用于各类彩绘文物中，该技术可为中国古代书画研究和保护提供更丰富的信息。本工作以文献调研为基础，简要介绍了高光谱成像的原理及技术特点，对高光谱技术在中国古代书画研究的实践进行总结，梳理了国内外研究者利用高光谱技术在书画、档案及相关彩绘文物的增强显示、物质识别、虚拟修复方面的应用案例，以期为相关研究者提供参考借鉴。     

光纤反射光谱在彩绘文物颜料鉴别中的应用研究

光纤反射光谱是一种完全无损的颜料鉴别方法,适合用于精美珍贵的彩绘文物颜料工艺研究。光纤反射光谱在国际文物研究领域已成为一种较成熟的方法,而国内由于缺乏反射光谱数据库限制了其应用。因此,本研究探讨了颜料颗粒度和产地对反射光谱的影响,对蓝色系、绿色系、红色系和黄色系颜料的反射光谱特征进行归纳总结,并将其用于故宫博物院建筑彩画和书画文物的颜料分析中,证明光纤反射光谱确实是一种快速有效的颜料分析方法。     

基于光谱成像的彩绘文物新应用与新方法

目前基于光谱成像的彩绘文物分析主要集中在颜料分析、信息增强、隐含信息挖掘等方面,分析方法主要采用遥感图像处理软件。针对文物数据专门分析方法研究尚显不足的问题,提出基于光谱成像的彩绘文物新应用与新方法。主要包括基于最小噪声分离(MNF)变换感知修复区域的新应用,利用感兴趣区域分析与融合挖掘彩绘文物隐含信息以及基于稀疏非负矩阵欠近似彩绘文物线稿提取的新方法。通过在唐墓壁画、彩绘泥塑以及手绘绢画上的实验,发现光谱成像可以有效感知修复区域,提出的新方法可以有效挖掘隐含信息以及提取线稿,对基于光谱成像的彩绘文物分析研究具有重要意义。     

唐张臣和墓彩绘陶质文物的拉曼光谱和X衍射分析

利用拉曼光谱和X衍射方法,对张臣和墓彩绘陶质文物颜料及胎体进行分析,结果表明各种颜料保存基本完好,为以后科学保护修复这批彩绘陶质文物提供了科学依据。同时也证明,在样品量极少的情况下,利用拉曼光谱和X衍射等方法可有效鉴别古代颜料的种类及文物胎体的成分。     

多光谱摄影技术在印绘纺织品文物信息提取中的应用——以正德八年诰命为例

为了探讨多光谱摄影技术在纺织品文物信息无损提取中的实用性,利用多光谱成像系统和微型光谱仪对正德八年诰命中破损的纹理组织、模糊的墨书字迹进行识别。在对诰命的图像信息提取后发现,多光谱的红外光波段对纺织品文物上的墨书字迹具有较好的识别作用;在颜色复杂或肉眼无法识别细微纹理的情况下,结合提取对象的反射光谱,可以较好获取织物颜色和纹理信息,完善和补充纺织品文物的相关信息。多光谱摄影技术在纺织品文物信息无损分析方面具有较好的实用性。     

基于融合光谱分析的墓葬壁画颜料色彩虚拟修复方法研究北大核心

墓葬壁画是一种重要的彩绘文物,对其进行揭取搬迁并加固修复是目前主要的保护方式。而在揭取搬迁时,对壁画绘画内容和颜料进行数字化记录及特性分析,是后续壁画表层合理修复的重要依据。光谱成像技术作为一种属性与视觉同步感知的信息探测手段,可以用于壁画表面颜料层的高维信息记录与材质属性分析;同时,利用高光谱伪彩色显示技术可以实现颜料色彩的虚拟复原。基于此,提出一种基于融合光谱分析与带通能量积分的壁画颜料色彩虚拟修复方法,并利用采集的颜料光谱数据、壁画高光谱成像数据与模拟真实场景下的混合颜料光谱数据进行壁画颜料识别与色彩虚拟复原实验。实验结果表明,对于选取的唐墓壁画上的红、黄、蓝、绿四种颜料,其融合光谱识别结果是:武惠妃墓的红色颜料为朱砂/银珠、韩休墓的黄色颜料为石黄/雌黄、武惠妃墓的蓝色颜料为石青/青金石、韩休墓的绿色颜料为石绿的匹配度最大;同时,基于上述识别结果,得到了纯色复原和壁画基底绘制复原的壁画颜料色彩虚拟复原结果,可以为壁画实体修复提供颜料层视觉修复的参考依据。上述研究成果在壁画保护及活化利用领域具有重要的创新示范意义。     

拉曼光谱在纸质文物研究中的应用

纸张的老化程度一直是纸质文物保护中的重要研究方面,以往多采用目测法和经验来推断纸张的老化程度。纸张物理强度、聚合度等能表征老化状态的理化性能测试由于需要大量的样品而无法用于文物检测。近年来随着显微共聚焦拉曼光谱、近红外傅里叶变换拉曼光谱、表面增强拉曼光谱等技术的发展,作为一种原位、无损、微区的分析方法,拉曼光谱被越来越多地应用到了纸质文物的相关分析研究中,为纸质文物的保护修复提供科学依据。结合国内外文献,对拉曼光谱在纸张老化、碳黑颜料以及其他颜料上的应用和研究现状进行了梳理归纳。随着拉曼光谱应用的不断深入,以及与其他分析技术、化学计量学等的结合,未来将在纸质文物研究中发挥更多的作用。     

基于丰度反演及光谱变换的书画霉斑虚拟修复

古书画在保存过程中容易滋生霉斑病害，霉斑不仅影响书画的外观，还会对纸质文物造成不可逆转的永久性破坏。为了给霉斑清洗提供直观参考，提出基于丰度反演及光谱变换的书画霉斑提取与虚拟修复方法。选取与霉斑区域光谱曲线存在明显差异的450～600 nm之间244个波段作为特征波段，通过连续最大角凸锥端元提取与灰度分割，提取霉斑区域。再对高光谱影像进行主成分变换，选取包含信息量最大的前三主成分合成影像，利用Criminisi算法对霉斑区域进行修复，再将修复后的影像进行主成分逆变换，完成高光谱影像的虚拟修复。以中国近现代画家倪田的《捕鱼图》为例进行了研究，发现修复后的霉斑区域与画体融入性较好，边界自然平滑，均方根误差值普遍变小。研究结果可为书画霉斑清洗提供直观的修复依据，具有较强的实用性。     

基于流形学习与光谱解混的文物表面字迹增强——以云冈第38窟为例

文物表面的文字是了解历史的关键信息，对文物表面文字信息的探索成为文物保护的重要环节。结合流形学习与光谱解混，提出一种新的文物表面字迹增强方法。首先，利用基于流形学习的等距映射方法对预处理后的高光谱图像进行非线性降维，得到信息量最大的灰度图像；其次，分析文字与背景的光谱特征，通过多层非负矩阵分解方法得到字迹丰度图；然后，将二者进行加权平均得到字迹增强图像，再与合成真彩色影像进行HSV融合，得到字迹融合影像；最后，为更好地辨认文字，在字迹增强图像上裁剪文字并做形态学变换，得到字迹提取图。以云冈石窟第38窟的一景褪色文字高光谱图像为例进行了验证，结果表明，该方法能够有效地增强出文物表面的褪色文字，且较其他增强方法效果更好。     

基于光谱增强指数与LeNet-5的古书画褪色文字提取与识别

古书画中所记载的文字是了解历史的珍贵资料,对褪色文字进行提取和识别是挖掘和展示历史价值的基础。本工作首次提出基于光谱增强指数与LeNet-5相结合的古书画褪色文字提取与识别方法：利用高光谱成像无损检测、光谱范围广等优点,获取古书画的高光谱数据,分析文字与背景的光谱特征,构建字迹增强指数,实现古书画中褪色文字的增强;构建LeNet-5卷积神经网络,利用手写汉字集进行训练,对密度分割后的字迹图像进行自动识别。以清代画家张士保所作《论道图》中部分褪色文字为例进行了验证,文字识别的正确率为70.8%。结果表明,本工作所提出方法可有效提高古书画褪色文字提取与识别的智能化程度。     

光导纤维光谱技术无损鉴定彩绘文物颜料的研究

为了克服传统的有损文物分析技术对文物造成的破坏,研制出一种简易光导纤维反射光谱仪。建立了光导纤维反射光谱技术对颜料分析鉴定的基本方法,提供了一种简捷的文物颜料无损分析鉴定的新技术。通过对西安、重庆等地彩绘文物颜料成分的鉴定,表明光导纤维反射光谱法测量结果准确、可靠,在文物颜料鉴定等方面具有广阔的应用前景。     

红外光谱在文物保护中的应用介绍

文物信息的提取与研究对于揭示古代遗物包涵的人类社会、文化等历史信息有着举足轻重的作用:一方面可以了解古代的工艺技术特征,探寻文物制作技术起源及其发展历程;另一方面可以进行病害调查分析,为保护文物提供有价值的信息。本工作以红外光谱技术为出发点,细致梳理了目前红外光谱在文物保护中的应用,包括无机质文物中青铜器、土壤、颜料、珠宝玉石,有机质文物中纸张、丝织品、彩绘胶料、有机残留物,以及保护材料。提出该技术具备应用范围广、特征性强、无损或微损样品、不受样品物态限制等优势,但同时不适合分析含水样品、定量分析时误差大、解析图谱时依靠经验等局限性。揭示显微红外光谱技术在无损分析文物方面的广大前景,为文物保护研究与实践提供参考和借鉴意义。     

三种含Cu、As绿色颜料的拉曼光谱研究

分析和确认古代颜料的成分是文物研究中的一项重要工作。为对四个来自不同地区的含Cu、As元素的绿色颜料进行鉴别,应用拉曼光谱仪并辅助以扫描电镜能谱分析仪(SEMEDX)和X射线衍射仪(XRD)进行研究。结果表明其分别为墨绿砷铜矿、氯砷钠铜石以及巴黎绿。对其来源分别进行了讨论,因巴黎绿在国内青铜修复和古建彩画当中的大量应用,过去对于含有Cu、As的绿色颜料通常鉴定为巴黎绿。墨绿砷铜矿和氯砷钠铜石为在文物彩绘中新发现的两种矿物颜料,为绿色颜料的鉴定提供了新的思路。     

近红外光谱结合化学计量学无损鉴定书画印泥研究

印章是中国传统书画的重要组成部分,印章所用印泥的无损检测和对比研究,能为书画的鉴定和考证提供有益的信息。但中红外光谱、拉曼光谱等传统检测方法存在定量精度不高、不便检测大幅书画等不足。而近红外光谱结合化学计量学的新型分析技术,具有测试方便、安全无损、信息丰富、定量准确等独特优势。为了验证该技术用于书画印泥分析和鉴定的可行性,采用14种不同颜色、不同时期的印泥和5种纸、绢等用于盖印的载体进行测试、建模和验证。实验表明,该技术不仅能实现印泥的准确识别,还可用于年代判断和颜色辨别。适当的差谱处理,可在有效排除纸、绢等载体信号的同时保持足够的印泥光谱精度。     

阿尔寨石窟壁画颜料的拉曼光谱分析

本文利用拉曼光谱对内蒙古阿尔寨石窟壁画不同颜料进行了鉴定和分析。结果表明．绿色颜料为碱式氯化铜、蓝色颜料为蓝铜矿、白色为方解石、红色为朱砂、黑色为碳黑。这为阿尔寨石窟壁画进行研究及保护工作提供了科学的依据。同时也表明,拉曼光谱简便、快速、对样品要求量小．对样品无损分析,符合文物材质分析的要求,并可得到准确的信息。