1.文物保護(hù)研究的重要性

中國(guó)擁有豐富的文化遺產(chǎn)，承載著悠久的歷史與深厚的文化內(nèi)涵。文物不僅是歷史的見證，還具有重要的文化、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。文物保護(hù)研究的意義在于傳承歷史文化、促進(jìn)學(xué)科交叉、提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并推動(dòng)國(guó)家軟實(shí)力的增強(qiáng)。通過文物保護(hù)，我們能夠深入理解古代社會(huì)、推動(dòng)文化交流，并為文化旅游業(yè)注入新活力。

2.高光譜成像技術(shù)的發(fā)展

傳統(tǒng)的文物鑒定依賴專家的經(jīng)驗(yàn)，雖能提供初步判斷，但存在諸多不足。目視鑒定方法受制于專家經(jīng)驗(yàn)，容易出現(xiàn)誤判，且無法有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜的文物種類和現(xiàn)代仿品。同時(shí)，傳統(tǒng)方法缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一評(píng)估，特別是在受損或修復(fù)痕跡難以察覺的情況下。

高光譜成像技術(shù)通過獲取不同波段的圖像數(shù)據(jù)，能夠提供每個(gè)像元的詳細(xì)光譜信息，支持物理和化學(xué)屬性的定量分析。這項(xiàng)技術(shù)相比傳統(tǒng)的X射線和拉曼光譜，更加高效、無損，適用于大面積文物分析。在書畫文物保護(hù)中，高光譜成像能夠有效辨識(shí)顏料成分、檢測(cè)修復(fù)痕跡及識(shí)別隱藏病害，為修復(fù)材料的選擇和修復(fù)效果評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

圖1.高光譜相機(jī)成像過程

3.高光譜成像技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著高光譜成像系統(tǒng)的發(fā)展，高光譜在文物保護(hù)方面的應(yīng)用逐漸增多，并成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了相當(dāng)多的利用光譜成像技術(shù)分析文物的案例。

在文物圖案與隱藏信息提取方面。古畫的隱藏信息是指畫作中不易察覺的微弱信息，例如作畫時(shí)的涂抹痕跡、隱藏的文字、底稿、以及后期修復(fù)的痕跡等。這些隱藏信息不僅可以反映文物的制作工藝和創(chuàng)作過程，還為深入探究古畫的歷史背景和藝術(shù)價(jià)值提供重要線索。此外，隱藏信息的提取也為文物的真?zhèn)舞b定和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，成為文物研究中的重要方向之一。

Hou等人提出了一種基于高光譜成像與*大噪聲分?jǐn)?shù)（MNF）變換的古代繪畫污漬虛擬修復(fù)方法。該研究的實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示，該研究利用高光譜成像技術(shù)獲取繪畫數(shù)據(jù)，通過正向MNF變換集中繪畫主要信息于少數(shù)主成分，并確定含污漬成分；再逆向變換剔除這些成分，實(shí)現(xiàn)污漬去除。實(shí)驗(yàn)證明，此方法能有效淡化或去除污漬，同時(shí)保持非污漬區(qū)域信息，*大程度還原畫作原始風(fēng)貌。

圖2.高光譜成像與MNF變換的古代繪畫污漬虛擬修復(fù)方法流程圖

Pan等人提出了一種基于高光譜成像的空間-光譜特征結(jié)合方法，用于提取褪色壁畫中的目標(biāo)圖案。該方法結(jié)合輻射校準(zhǔn)、主成分分析去噪及歸一化比值指數(shù)（NRI）增強(qiáng)光譜特征，通過密度分割與掩模技術(shù)分離目標(biāo)區(qū)域。實(shí)驗(yàn)證明，其能高效提取壁畫中幾乎不可見的圖案（圖3），相比傳統(tǒng)方法，操作簡(jiǎn)便、客觀無損，適用于明顯光譜特征圖案提取，為壁畫數(shù)字化保護(hù)與研究提供了技術(shù)支持。

圖3.兩個(gè)墓區(qū)的圖像和提取的圖案

郭新蕾等人以《崇慶皇太后八旬萬壽圖》為研究對(duì)象，利用短波紅外（1000~2500 nm）高光譜數(shù)據(jù)結(jié)合多種光譜匹配算法（如光譜角匹配、光譜信息散度）和主成分分析技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了顏料成分的精準(zhǔn)識(shí)別與分布分析，并通過背景剝離增強(qiáng)弱信息，提取了底層涂抹痕跡等隱藏信息。以圖4中人物頭冠為例，圖中所標(biāo)識(shí)的1、2分別為涂抹信息，經(jīng)過主成分分析可以發(fā)現(xiàn)，涂抹痕跡得到了明顯加深，隱藏信息得到了有效提取。結(jié)果表明，高光譜技術(shù)在顏料混合分析和弱信號(hào)增強(qiáng)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

圖4.《崇慶皇太后八旬萬壽圖》涂改信息提取

Han等人顯示了高光譜成像技術(shù)在帆布、墻壁和宣紙古代繪畫研究中的應(yīng)用和潛力。該文獻(xiàn)提出了一種結(jié)合高光譜成像技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)青銅戰(zhàn)車紋樣進(jìn)行數(shù)字虛擬修復(fù)的方法，恢復(fù)紋樣缺失的邊緣。同時(shí)，它還能區(qū)分圖案中使用的不同顏料。圖5通過高光譜成像與PCA方法，有效地分辨了圖案中不同的顏色塊、顏料種類及其分布情況，為顏料識(shí)別和數(shù)字修復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。

圖5.（a）展示了顏料層保存良好的夔龍紋圖案，作為研究對(duì)象；（b）通過PCA后的PC1、PC4和PC10波段合成的偽彩色*像。偽彩色*像區(qū)分了不同顏料區(qū)域，清晰顯示了圖案邊緣與顏色分布差異；（c，d）展示了礦物顏料光譜庫(kù)，其中包含不同粒徑的光譜數(shù)據(jù)；（e，f）展示了夔龍紋圖案中不同顏色塊的光譜曲線。通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)，識(shí)別了各個(gè)區(qū)域的顏料成分

在顏料識(shí)別與成分分析方面。顏料和成分作為中國(guó)畫和古物的物質(zhì)載體，它的發(fā)展變化也流動(dòng)在五千年文明當(dāng)中，對(duì)顏料與成分的研究與鑒定可以聯(lián)系整個(gè)世界文明文化的發(fā)展與變化，作為文物的年代，產(chǎn)地的參考與佐證，也可以為已經(jīng)褪色的文物提供修復(fù)的可靠的參考信息。

丁新峰等人使用高光譜成像技術(shù)對(duì)古代的顏料進(jìn)行無損鑒定研究，使用高光譜照相機(jī)采集字畫和壁畫數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建光譜數(shù)據(jù)庫(kù)和光譜匹配的技術(shù)對(duì)顏料進(jìn)行無損鑒定。該研究流程如圖6，首先控制并實(shí)驗(yàn)影響采集質(zhì)量的因素，總結(jié)高光譜照相機(jī)采集規(guī)范。隨后調(diào)研、查閱文獻(xiàn)，收集并整理當(dāng)代仍在使用的古代顏料光譜。研究顏料光譜特征，分析光譜匹配算法，設(shè)計(jì)鑒定方法。*后，利用VS和SqlSever設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)光譜軟件系統(tǒng)，服務(wù)于未來顏料鑒定。

圖6.基于高光譜成像技術(shù)的文物顏料研究思路

Li等人提出了一種基于自動(dòng)高光譜掃描系統(tǒng)的非破壞性技術(shù)研究方法，應(yīng)用于中國(guó)卷軸畫的技術(shù)分析。該系統(tǒng)融合高光譜成像與宏觀X射線熒光技術(shù)，深入分析了《巴扎里布達(dá)拉羅漢像》，揭示了隱藏底稿、輪廓線及多種顏料成分，如石青、石綠等。該系統(tǒng)在400-2500 nm波段工作，結(jié)合FCLS和顏料光譜庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了顏料定量映射（圖7）。該研究為中國(guó)卷軸畫的技術(shù)分析與保護(hù)提供了無損高效的科學(xué)支持。

圖7.《巴扎里布達(dá)拉羅漢像》中各顏料和元素的分布情況

鞏夢(mèng)婷等人采用高光譜成像儀對(duì)宜賓市博物院藏族譜書畫上11處模糊、局部有脫落的印記進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析處理。通過比對(duì)印記光譜與標(biāo)準(zhǔn)顏料庫(kù)，確認(rèn)印記可能含朱砂，激光拉曼光譜儀進(jìn)一步驗(yàn)證。光譜圖像經(jīng)處理增強(qiáng)了族譜印記可讀性，有助于識(shí)別印記內(nèi)容，對(duì)研究書寫者、印章使用、收藏信息及文物價(jià)值等意義重大。圖8和圖9對(duì)比顯示，高光譜圖像的可讀性優(yōu)于RGB圖像，能辨別模糊印記。

圖8.1號(hào)族譜印記

圖9. 2號(hào)族譜印記