古書畫是歷史與社會發(fā)展的見證，對它們的保護和修復具有重要意義。要對書畫文物進行科學分析既要使用無損的分析方法，又要保證分析方法的效率。高光譜成像技術是目前最為安全、不易受檢測對象和檢測環(huán)境限制的無損檢測新技術之一。本文主要介紹了高光譜成像技術在古書畫保護中的應用。

使用高光譜成像技術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)，進行文字信息增強、隱藏信息提取、底稿線提取、顏料分析等多方面應用研究。結果表明高光譜成像技術特別是短波紅外波段不僅可以有效增強印章的文字信息發(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行識別與分類。

以下內容結合具體示例進行說明：

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別出來。通過可見近紅外高光譜成像儀的成像、波段運算、色彩融合等處理技術，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（圖2），這項技術將為文物的研究提供重要依據(jù)。

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2.《崇慶皇太后八旬萬壽圖》的高光譜分析

故宮博物館收藏的故6541號文物，原定名“清人畫颙琰萬壽圖”，林姝通過圖像對比，結合乾隆朝歷史檔案分析論證該圖實為《崇慶皇太后八旬萬壽圖（圖3），作者為姚文瀚。使用高光譜成像技術對其進行科學分析，不僅發(fā)現(xiàn)了一些隱藏信息和修改痕跡而且對部分顏料的分布進行了有效分析。

①?隱藏信息提取

古書畫中的隱藏信息一般有涂改與修復的痕跡、隱藏的文字圖案、無法辨認的信息等。采用可見近紅外高光譜成像系統(tǒng)對《崇慶皇太后八旬萬壽圖》的局部進行成像，目的是通過算法提取作畫過程中的涂抹部分。對古書畫的涂抹信息進行提取可以進一步地分析畫師在繪畫過程中的整體布局，用于對局部細節(jié)的修復。與常規(guī)RGB相機進行比較高光譜成像系統(tǒng)具有更多的波段方便使用復雜的處理算法。圖4(a）~(c）分別是453nm、980nm、1302nm三個波長的影像。觀察發(fā)現(xiàn)，在人像的帽子上方有一圈涂改的痕跡各個波長影像所揭示的涂改痕跡還不一樣。圖4(d）為690nm514nm以及453nm三個波長影像進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）為整個高光譜圖像進行主成分變換（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墨有強烈的吸收效應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顏色表示得出線描提取結果。從圖5可以看出短波紅外數(shù)據(jù)對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）。從圖6中1500nm高光譜圖像中，可以看出原來的構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顏色表示得出線描提取結果。從圖5可以看出短波紅外數(shù)據(jù)對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算、光譜匹配等技術提取崇慶皇太后八旬萬壽圖局部區(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提取的衣服石青顏料的結果。對光譜數(shù)據(jù)進行歸一化處理后，與顏料標準光譜庫（美國USGS標準光譜庫）進行比較，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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