古書畫是歷史與社會(huì)發(fā)展的見證，對(duì)它們的保護(hù)和修復(fù)具有重要意義。要對(duì)書畫文物進(jìn)行科學(xué)分析既要使用無(wú)損的分析方法，又要保證分析方法的效率。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。本文主要介紹了高光譜成像技術(shù)在古書畫保護(hù)中的應(yīng)用。

使用高光譜成像技術(shù)可以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)書畫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)書畫文物所使用的礦物顏料進(jìn)行識(shí)別與分類。

以下內(nèi)容結(jié)合具體示例進(jìn)行說(shuō)明：

1.《慈禧書佛字匾》印章信息提取

故宮博物院館藏有一幅慈禧皇太后書法作品《慈禧書佛字匾》（圖1），由于時(shí)間的流逝，印泥的顏色在紅色紙面上變得很不明顯通過肉眼很難將印章信息識(shí)別出來(lái)。通過可見近紅外高光譜成像儀的成像、波段運(yùn)算、色彩融合等處理技術(shù)，可將原本不能分辨的“慈禧皇太后之寶”印章的圖案提取出來(lái)（圖2），這項(xiàng)技術(shù)將為文物的研究提供重要依據(jù)。

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2.《崇慶皇太后八旬萬(wàn)壽圖》的高光譜分析

故宮博物館收藏的故6541號(hào)文物，原定名“清人畫颙琰萬(wàn)壽圖”，林姝通過圖像對(duì)比，結(jié)合乾隆朝歷史檔案分析論證該圖實(shí)為《崇慶皇太后八旬萬(wàn)壽圖（圖3），作者為姚文瀚。使用高光譜成像技術(shù)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)分析，不僅發(fā)現(xiàn)了一些隱藏信息和修改痕跡而且對(duì)部分顏料的分布進(jìn)行了有效分析。

①?隱藏信息提取

古書畫中的隱藏信息一般有涂改與修復(fù)的痕跡、隱藏的文字圖案、無(wú)法辨認(rèn)的信息等。采用可見近紅外高光譜成像系統(tǒng)對(duì)《崇慶皇太后八旬萬(wàn)壽圖》的局部進(jìn)行成像，目的是通過算法提取作畫過程中的涂抹部分。對(duì)古書畫的涂抹信息進(jìn)行提取可以進(jìn)一步地分析畫師在繪畫過程中的整體布局，用于對(duì)局部細(xì)節(jié)的修復(fù)。與常規(guī)RGB相機(jī)進(jìn)行比較高光譜成像系統(tǒng)具有更多的波段方便使用復(fù)雜的處理算法。圖4(a）~(c）分別是453nm、980nm、1302nm三個(gè)波長(zhǎng)的影像。觀察發(fā)現(xiàn)，在人像的帽子上方有一圈涂改的痕跡各個(gè)波長(zhǎng)影像所揭示的涂改痕跡還不一樣。圖4(d）為690nm514nm以及453nm三個(gè)波長(zhǎng)影像進(jìn)行的假彩色合成的影像，此圖可以明顯突出涂改的痕跡。

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圖4（e）、（f）為整個(gè)高光譜圖像進(jìn)行主成分變換（PrincipalComponentAnalysis、?PCA）第二和第三主成分變量的影像。第二主成分變量(PCA2）可突出如4（d）的涂改痕跡，第三主成分變量（PCA3）的人像帽子上方有較大半圓形，可用于突出如4(c）的涂抹痕跡。

②底稿線提取

短波紅外可以穿透很多礦物顏料并且對(duì)墨有強(qiáng)烈的吸收效應(yīng)所以利用高光譜短波紅外可以提取書畫文物的底稿線研究繪制工藝。圖5（a）~（d）所示的為提取的短波紅外成像光譜數(shù)據(jù)1000~2500nm每隔400nm分別獲取各波段的影像。圖5（e）是利用1804nm的短波紅外影像利用密度分割的方法把像元值較低的部分用藍(lán)顏色表示得出線描提取結(jié)果。從圖5可以看出短波紅外數(shù)據(jù)對(duì)于起稿線等線描特征的提取有著非常好的效果。

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在《崇慶皇太后八旬萬(wàn)壽圖》的高光譜分析過程中，發(fā)現(xiàn)一處修改痕跡（圖6紅圈內(nèi)）。從圖6中1500nm高光譜圖像中，可以看出原來(lái)的構(gòu)圖是有紅波段的影像。圖5（e）是利用1804nm的短波紅外影像利用密度分割的方法把像元值較低的部分用藍(lán)顏色表示得出線描提取結(jié)果。從圖5可以看出短波紅外數(shù)據(jù)對(duì)于起稿線等線描特征的提取有著非常好的效果。

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③顏料分析

通過短波紅外高光譜的運(yùn)算、光譜匹配等技術(shù)提取崇慶皇太后八旬萬(wàn)壽圖局部區(qū)域的青石顏料，圖7（a）（b）依次為RGB影像、利用光譜角匹配技術(shù)提取的衣服石青顏料的結(jié)果。對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，與顏料標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)（美國(guó)USGS標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)）進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)圖中藏青色衣服部分、凳子的下擺部分甚至右上角的彩帶的局部都是石青顏料，分析效果較好。

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