高光譜成像儀在故宮書畫文物保護中的作用

本研究應用了900-1700nm的高光譜相機，可采用杭州彩譜科技有限公司產品FS25進行相關研究。FigSpec?系列成像高光譜相機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、結合內置掃描成像及輔助攝像頭技術，解決了傳統高光譜相機需外接推掃成像機構及調焦復雜等難以操作的問題。可與標準C接口的成像鏡頭或顯微鏡直接集成，實現光譜影像的快速采集。

中國是歷史悠久的文明古國在漫長的歲月中，中華民族創造了豐富多彩，彌足珍貴的文化遺產。文化遺產是歷史與社會發展的見證是文化認同的標志 是提高創新能力的源泉 是體現國家文化軟實力的不可再生的重要物質資源，同時也是調結構促發展、培育戰略性新興產業 實現經濟社會全面、協調、可持續發展的重要戰略性資源。故宮博物院擁有180萬件（套）文物 其中13萬件書畫類文物 ，是國內珍貴書畫文物最集中的博物館。目前 故宮博物院書畫文物保護主要依賴于傳統書畫裝裱修復技藝 缺乏全面科學系統的材質與工藝分析。這是因為書畫文物較脆弱，且難以進行取樣工作。要對書畫文物進行科學分析 既要使用無損的分析方法 漢要保證分析方法的效率。因為書畫文物尺幅一般較大 如果只對局部點進行分析 可能會錯過重要的信息 所以**的分析方法是對書畫文物進行整體分析 因此必須保證分析方法具有足夠高的效率。高光譜成像技術是目前最為安全、不易受檢測對象和檢測環境限制的無損檢測新技術之一。高光譜成像技術能在紫外、可見光、紅外的電磁波段獲取許多非常窄波段的圖像數據，即為每個像元提供數十到數百個波段的光譜信息，組成一條完整且連續的光譜曲線 這些曲線可以用來定量分析觀測對象的屬性。相較于便攜式X射線熒光光譜、拉曼光譜等無損分析方法高光譜具有更高的效率。因為高光譜成像技術可以同時大幅面獲得圖像和反射光譜 并且速度很快。對于書畫文物 高光譜圖像信息有助于彩繪文物的病害調查，可以用來辨別書畫文物的隱藏病害、修復痕跡和一些褪色模糊不清的畫面內容；高光譜反射光譜可以用來鑒定顏料和膠結劑的成分 將反射光譜和圖像結合還可以實現顏料和膠結劑的面分布分析。將此技術用于書畫文物的保護 不僅能夠深度了解文物病害程度，為繪畫工藝研究提供幫助 更重要的是能夠為書畫文物的保護修復材料選擇和修復效果評估提供參考。

本研究歸納總結了目前國內外高光譜成像技術在文物保護方面的應用現狀，并利用研發的高光譜成像系統對部分故宮博物院館藏書畫文物進行高光譜掃描成像分析。通過獲取文物的高空間分辨率、高光譜分辨率的成像數據，進行文字信息增強、隱藏信息提取、底稿線提取、顏料分析等多方面應用研究。結果表明 高光譜成像技術特別是短波紅外波段 不僅可以有效增強印章的文字信息 發現書畫作品的涂改與涂沫痕跡，而且對于底稿線等線描特征的提取有著非常好的效果，并能有效地對書畫文物所使用的礦物顏料進行識別與分類。高光譜成像技術為文物科技工作帶來新的有效的技術途徑 將在文物數字化存檔、文物診斷、文物修復等方面發揮重要作用，推動文物科技工作的發展。鑒于目前國內使用高光譜成像技術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分析書畫文物的效率 ，故宮博物院與中國科學院遙感與數字地球研究所合作開發了一套專門用于書畫文物的高光譜成像自動掃描拼接系統，包括400~2000nm波段范圍的成像光譜系統、全自動光機掃描平臺、數據采集控制和掃描平臺控制軟件，以及數據分析軟件。高光譜成像自動掃描拼接系統可以實現高光譜數據的自動采集和拼接 特別適用于書畫的整體分析。