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文物檢測領(lǐng)域正逐步轉(zhuǎn)向無損 / 微損檢測技術(shù)，傳統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)僅能采集 RGB 三通道信息，難以滿足深層檢測需求。高光譜成像技術(shù)憑借光譜分辨率高、檢測效率高、無損且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，成為文物保護(hù)的核心技術(shù)之一。其通過獲取數(shù)百個連續(xù)波段的 “圖譜合一” 數(shù)據(jù)，形成文物的獨特光譜指紋，可精準(zhǔn)解析文物的物質(zhì)組成與隱含特征。
本研究采用杭州彩譜科技 FS - 27 高光譜相機(jī)（檢測波段 900 - 1700nm），該設(shè)備集成透射式光柵分光模組與高靈敏度面陣相機(jī)，內(nèi)置掃描成像技術(shù)，解決了傳統(tǒng)設(shè)備需外接推掃機(jī)構(gòu)、調(diào)焦復(fù)雜等問題，支持與標(biāo)準(zhǔn) C 接口鏡頭 / 顯微鏡直接集成，實現(xiàn)光譜影像的快速采集。
Figspec FS-2X系列成像高光譜相機(jī)
一、顏料分析：精準(zhǔn)解析物質(zhì)構(gòu)成
通過短波紅外高光譜數(shù)據(jù)的波段運算、光譜匹配等技術(shù)提取被測文物的表面顏料信息，利用光譜角匹配技術(shù)提取顏料的高光譜數(shù)據(jù)結(jié)果。
具體流程為：
1.光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理：對原始光譜進(jìn)行歸一化處理，消除光照、材質(zhì)差異等干擾；
2.標(biāo)準(zhǔn)光譜庫比對：將處理后的光譜數(shù)據(jù)與顏料標(biāo)準(zhǔn)光譜庫（如礦物顏料、有機(jī)染料數(shù)據(jù)庫）進(jìn)行匹配，識別顏料種類；
3.空間分布制圖：結(jié)合高光譜影像的空間信息，繪制全局性的顏料分布圖譜，直觀呈現(xiàn)不同顏料的區(qū)域分布特征（如圖 2 所示）。
圖1 文物檢測設(shè)備
圖2 FS-27高光譜成像文物顏料分析側(cè)視圖
由于高光譜影像不僅包含了目標(biāo)的光譜特征還包含圖像特征和空間信息特征，在顏料鑒別中，高光譜影像不僅可以對未知顏料分類，還可以結(jié)合其他顏料鑒別技術(shù)的結(jié)果繪制全局性的顏料分布制圖。
二、信息增強(qiáng)：還原文物歷史原貌
文物因長期受環(huán)境侵蝕，常出現(xiàn)褪色、劣化或破損，導(dǎo)致原始面貌模糊。高光譜成像技術(shù)通過以下路徑實現(xiàn)信息增強(qiáng)：
1.顏色反演渲染：基于材料光譜反射率與顏色的對應(yīng)關(guān)系，在確定文物材質(zhì)后，通過光譜數(shù)據(jù)重建其原始色彩，實現(xiàn)數(shù)字化修復(fù)與存檔；
2.偽彩圖合成：利用可見光外的光譜信息（如近紅外、短波紅外），通過影像增強(qiáng)處理合成多波段偽彩圖，突出人眼難以辨識的細(xì)節(jié)（如褪色文字、模糊圖案）。
3.典型案例：某褪色壁畫經(jīng)高光譜處理后，偽彩圖清晰呈現(xiàn)了原始線條與色彩分區(qū)，為數(shù)字化保護(hù)提供了關(guān)鍵依據(jù)。
三、隱含信息發(fā)掘：揭示文物深層特征
高光譜成像技術(shù)的 “圖譜合一” 特性，使其成為發(fā)掘文物隱含信息的核心工具，可識別以下類型信息：
1.創(chuàng)作與修復(fù)痕跡：通過多波段光譜對比，檢測底稿線、修改痕跡、修補(bǔ)區(qū)域（如填補(bǔ)顏料與原材質(zhì)的光譜差異）；
2.隱形損害：識別肉眼不可見的病害，如內(nèi)部霉斑、材質(zhì)老化引起的光譜異常；
3.真?zhèn)舞b定：對比不同波段下的光譜特征，揭露偽造文物的材料矛盾（如現(xiàn)代顏料的光譜特征與古代礦物顏料的差異）。
4.實驗驗證：如圖 3 所示，某彩繪文物的可見光圖像僅顯示模糊輪廓，而 1600nm 波段的高光譜圖像清晰呈現(xiàn)了隱藏的花卉圖案。通過圖像融合技術(shù)疊加光譜與空間信息，圖案細(xì)節(jié)較真彩色圖像更突出，為研究文物創(chuàng)作工藝提供了新視角。
圖3 彩繪文物可見光圖像與其高光譜的圖像
通過使用Figspec高光譜成像技術(shù)獲取文物較高空間分辨率與成像數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行顏料分析、信息增強(qiáng)、隱含信息發(fā)掘等多方面應(yīng)用研究。高光譜成像技術(shù)特別是近紅外波段，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(jìn)行識別與分類。Figspec高光譜成像技術(shù)在文物數(shù)字化存檔、文物診斷、文物修復(fù)等方面均可發(fā)揮重要作用。
