高光谱成像技术研究博物院书画文物保护应用

本研究应用了900-1700nm的高光谱相机，可采用杭州彩谱科技有限公司产品FS25进行相关研究。FigSpec®系列成像高光谱相机采用高衍射效率的透射式光栅分光模组与高灵敏度面阵列相机、结合内置扫描成像及辅助摄像头技术，解决了传统高光谱相机需外接推扫成像机构及调焦复杂等难以操作的问题。可与标准C接口的成像镜头或显微镜直接集成，实现光谱影像的快速采集。

中国是历史悠久的文明古国在漫长的岁月中，中华民族创造了丰富多彩，弥足珍贵的文化遗产。文化遗产是历史与社会发展的见证是文化认同的标志 是提高创新能力的源泉 是体现国家文化软实力的不可再生的重要物质资源，同时也是调结构促发展、培育战略性新兴产业 实现经济社会全面、协调、可持续发展的重要战略性资源。故宫博物院拥有180万件（套）文物 其中13万件书画类文物 ，是国内珍贵书画文物最集中的博物馆。

目前 故宫博物院书画文物保护主要依赖于传统书画装裱修复技艺 缺乏全面科学系统的材质与工艺分析。这是因为书画文物较脆弱，且难以进行取样工作。要对书画文物进行科学分析 既要使用无损的分析方法 汉要保证分析方法的效率。因为书画文物尺幅一般较大 如果只对局部点进行分析 可能会错过重要的信息 所以最好的分析方法是对书画文物进行整体分析 因此必须保证分析方法具有足够高的效率。高光谱成像技术是目前最为安全、不易受检测对象和检测环境限制的无损检测新技术之一。

高光谱成像技术能在紫外、可见光、红外的电磁波段获取许多非常窄波段的图像数据，即为每个像元提供数十到数百个波段的光谱信息，组成一条完整且连续的光谱曲线 这些曲线可以用来定量分析观测对象的属性。相较于便携式X射线荧光光谱、拉曼光谱等无损分析方法高光谱具有更高的效率。因为高光谱成像技术可以同时大幅面获得图像和反射光谱 并且速度很快。

对于书画文物 高光谱图像信息有助于彩绘文物的病害调查，可以用来辨别书画文物的隐藏病害、修复痕迹和一些褪色模糊不清的画面内容；高光谱反射光谱可以用来鉴定颜料和胶结剂的成分 将反射光谱和图像结合还可以实现颜料和胶结剂的面分布分析。将此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。

本研究归纳总结了目前国内外高光谱成像技术在文物保护方面的应用现状，并利用研发的高光谱成像系统对部分故宫博物院馆藏书画文物进行高光谱扫描成像分析。通过获取文物的高空间分辨率、高光谱分辨率的成像数据，进行文字信息增强、隐藏信息提取、底稿线提取、颜料分析等多方面应用研究。结果表明 高光谱成像技术特别是短波红外波段 不仅可以有效增强印章的文字信息 发现书画作品的涂改与涂沫痕迹，而且对于底稿线等线描特征的提取有着非常好的效果，并能有效地对书画文物所使用的矿物颜料进行识别与分类。

高光谱成像技术为文物科技工作带来新的有效的技术途径 将在文物数字化存档、文物诊断、文物修复等方面发挥重要作用，推动文物科技工作的发展。鉴于目前国内使用高光谱成像技术分析文物的效率较低 每次成像面积较小只能分析文物的局部，为了提高高光谱成像技术分析书画文物的效率 ，故宫博物院与中国科学院遥感与数字地球研究所合作开发了一套专门用于书画文物的高光谱成像自动扫描拼接系统，包括400~2000nm波段范围的成像光谱系统、全自动光机扫描平台、数据采集控制和扫描平台控制软件，以及数据分析软件。高光谱成像自动扫描拼接系统可以实现高光谱数据的自动采集和拼接 特别适用于书画的整体分析。