摘 要：多光谱影像技术在化学、材料、遥感等多个领域运用。20世纪90年代，该技术被引入到文化遗产保护领域，在古代损毁壁画表面绘画信息的再现及提取方面具有突出的效果，并在博物馆的书画修复中被广泛运用。这些研究成果可望对古代绘画颜料的褪色、变色机理的研究有辅助作用，对传统壁画修复及古代书画复原的配色作出一定的指导建议。
关键词：多光谱影像；壁画；古代书画；颜料鉴定
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.140
多光谱影像技术，是一种通过扩展经常规方法能感知到的光谱范围从而获取图像信息的一种方法[1]。20世纪90年代开始，文化遗产保护领域尝试使用该方法进行辅助分析，主要对各类文化遗产如壁画[2]、纸质文物等出现褪色、变色等文字及图案信息进行准确的甄别，由于具备非接触等优异特点，符合文物保护最小介入等原则。
1 在壁画调查中的应用
古代壁画因受到人为及自然因素的破坏，极易失去原有的面貌信息，导致内容及色彩均与原貌出现较大的差距，而通过多光谱影像调查，有助于在壁画的研究中得到更多的信息和资料[3]。在紫外或红外多光谱条件下获取壁画图像信息，利用不同物质对不同波段光谱能量吸收和反射程度不同而产生不同的光谱反射特性原理，对比标准光谱图像数据库，可初步判定壁画制作材料的类别及工艺上的一些特征，有助于后续的保护和修复。
（1）近红外图像数据采集。采用多光谱相机，主要用于多光谱影像数据采集，利用光谱范围780-3000nm之间的红外线感光进行拍摄，将近红外用于壁画调查，主要体现两个特点：①穿透性强，相比可见光，700-2500nm的近红外区域可以更容易地穿透某些颜料，如赭石、铅粉、朱砂等，尤其在2000nm处的近红外对这些颜料的吸收率达到最低。在2000nm波段之后，壁画颜料对近红外的吸收率增加，因为在颜料中普遍存在O-H和C-H化合键。②探测效果明显。木炭、石墨、碳铅笔、墨水对近红外光吸收较为强烈，在近红外图像上表现为用此类物质绘制的壁画纹理清晰可见，容易辨识。
（2）紫外荧光摄影调查。光谱范围10-400nm的近紫外光谱下，对壁画进行紫外光摄影。紫外光摄影分为两种，即直接紫外光摄影和紫外荧光摄影。紫外光对有机物质具有荧光效应，所以应用紫外-可见吸收光谱用于鉴定有机化合物，对壁画有机颜料的调查有一定的辅助作用。由于物体在紫外线的激发下辐射荧光的能力和强度不同，用摄影方法进行记录。如在可见光照射下色调相近的物质，它们有可能在紫外荧光照相中显示出很大的荧光亮度反差，利用此特点可对复杂的壁画表面材料进行鉴别。
2 在古代书画颜料鉴定、虚拟修复中的应用
古代书画由于自身材料的老化，或者受自然及人为因素的影响遭受到不同程度的损坏。对于残损的古画信息，多采用图像修复技术[4]，欧洲在文艺复兴时期，艺术家根据书画及其上残留的潜信息，对残损部位进行恢复。随着科技的发展，数字图像修复技术在捕获、分析、传输古画图像信息中扮演着更加重要的作用。通过多光谱影像设备获取古代书画表面色彩信息，“同色异谱”等现象通过该方法可以有效避免，与传统方法相比较，精确度和置信度均有所提高。
（1）古代颜料鉴定，斯坦尼福思等人[5]研究蓝色颜料，根据古代油画颜料与现有颜料在可见光区域内的近似特征，遴选出古代油画颜料最为近似的现代颜料，在修复古代损毁画作的过程中起到关键作用。
（2）褪色颜料虚拟修复，伯恩斯使用分光光度计测量定点光谱信息，对古代颜料进行分类辨别，在虚拟修复古代画作过程中，将现有颜料的色相映射到古代颜料中，汤姆森基于库贝卡—芒克定律探索绿色油画颜料渐变为棕色的机理，提出光照条件在油画颜料渐变中的作用。
国内学者近年来采用多光谱成像系统进行颜色重建，而基于多光谱成像技术的古画虚拟修复研究所做工作并不多。国外学者采用先进的技术和算法对古代画作进行虚拟修复研究，并取得较大成果。由于该方法能够满足文物保护的技术要求，现已在博物馆的书画修复中被广泛运用。
3 在档案字迹鉴定中的应用
可见光条件下，档案字迹的痕迹不易辨别，而在紫外线拍摄条件下，鉴定效果较佳，依据摄影镜头及感光材料在紫外范围的特征区域，一般分为长波及短波两个区域。长波区域，波长一般介于320-400纳米，峰值为365纳米；短波区域，波长介于320-200纳米，峰值为254纳米。通过紫外线摄影，可使可见光下辨识不清的一些痕迹得以显现，继而达到辨识档案字迹、痕迹的作用。
4 展望
多光谱影像在我国文化遗产保护领域应用与研究较晚，其相关理论还处于不断发展过程之中。目前，多光谱影像方法提供了科学鉴定辨识古代颜料的方法，可望对古代油画颜料、矿物颜料的褪色、变色机理的研究有辅助作用，对传统壁画修复及古代书画复原的配色作出更科学的指导建议。在现场文物保护中，可利用多光谱图像，结合遗址地貌、土壤信息等数据，即将遥感与地理信息系统结合，引入人工智能等方法，可更好、更准确地提取文物潜信息，为制定有效的文物保护措施提供依据。多光谱图像分析在文化遗产保护中，是一个亟待进一步开发的领域。
参考文献：
[1]孙玉刚.数字图像修复技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2011.
[2]梁龙.基于样本的图像修复算法在唐墓壁画上的应用[D].西安：西安建筑科技大学，2013.
[3]中国文化遗产研究院、吉林省文物局、集安市文物局编.文物保护科技专辑Ⅲ——高句丽墓葬壁画原址保护前期调查与研究[M].北京：化学工业出版社，2009：27-28
[4]王新桃.古书画常见的损伤及修复[J].文物世界，2013（06）：76-78.
[5]S Staniforth.Retouching and Colour Matching：the Restorer and Metamerism[J].Studies in Conservation，1985，30（3）：101-111.
资助项目：陕西省教育厅专项基金（15JK1795）；陕西省重点扶持学科中国史（历史地理学）专项资金建设项目（0602）。
作者简介：戎岩（1984-），男，陕西咸阳人，讲师，主要研究方向为文化遗产保护与规划。
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