我国是一个具有五千年历史的文明古国，留下了许多古书画文物，然而古书画所用材料大多为绢和纸，质地纤薄、年代久远、容易破损掉色，这些珍贵的文物也难挡岁月的“摧残”，变得“面目全非”。
故宫
在政策的推动下，近年来我国文物修复工作取得了明显突破，一批质量上乘的科学分析仪器被运用到了修复工作中。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，在文物修复过程中发挥着越来越重要的作用。
纪录片《我在故宫修文物》
看过纪录片《我在故宫修文物》的观众或许会对如下场景有印象：技术人员用一台仪器扫描古字画，扫描信息经过专业处理后，文物修复专家就能发现字画上肉眼看不见的信息，甚至还能分析出绘画技法和当使用的颜料。
中科谱光团队研发的高光谱扫描仪
这台神奇的仪器就是高光谱扫描仪，中科谱光研发团队给故宫文物医院做了一台目前世界上最大的一台针对文物检测的文物高光谱扫描成像系统（HS-VSR-C），它扫描的幅面可以达到2m×2m，包括高光谱扫描成像仪和文物高光谱图像分析软件，系统可以获取超高分辨率的可见光-近红外和短波红外光谱区间的光谱与图像一体数据，并同时将两个光谱图展示在显示屏上。
成像光谱仪原理
文物高光谱扫描成像系统
这台仪器通过对壁画或其它文物的扫描，可以发现人眼看不见的一些信息，扫描后的数据被储存到工作站中，通过一套专门为故宫博物院研发的文物高光谱数据处理软件，自动将扫描的画作拼接成一幅幅完整图像，通过对不同物质光谱曲线的分析，文物中使用的颜料、矿物成分，在画作上的分布情况、使用浓度，以及创作工具；是否进行过涂改、修补等信息，一目了然。
文物高光谱扫描成像系统在文物研究中的应用
（1）印章信息提取
利用文物高光谱成像系统，获得印章的高光谱影像，通过波段运算、色彩融合等技术，将原本不能分辨的“慈禧皇太后之宝”印章的图案提取出来。
《慈禧书佛字匾》印章提取流程
（2）墨书信息提取
有2000多年历史的定陶黄肠题凑，但由于木材遭受腐蚀，变色发黑严重，并且表面被残留污染物及盐霜覆盖，凭肉眼难以清晰辨认字迹。
经短波红外系统扫描成像后，由于木材和碳黑的反射率不同，可以区分木料与墨书，为了识别文字信息，利用光谱分析技术对图像进行处理，墨书信息变得清晰可见。
墨书信息提取
（3）涂抹信息提取
下图原定名“清人画颙琰万寿图”，专家通过图像对比，结合历史档案，分析论证该图实为《崇庆皇太后八旬万寿图》，是故宫博物馆收藏的故6541号文物。
当采用可见近红外高光谱成像系统扫描成像，可以发现画作的局部涂改痕迹。
《崇庆皇太后八旬万寿图》
高光谱影像不同的波段可以显示不同的信息，如下图（a）～（c）分别是453nm，980nm，1302nm三个波长的影像，通过观察发现，在人像的帽子上方有一圈涂改的痕迹，并且各个波长影像所展示的涂改痕迹不同。下图（d）为690nm，514nm以及453nm三个波长影像进行假彩色合成的影像，可以看出涂改痕迹更加明显。
局部涂改痕迹
（4）颜料提取
通过提取石青颜料的光谱，再进行光谱匹配，可以发现图中藏青色衣服部分、凳子的下摆部分，以及右上角彩带的局部，都是石青颜料。
石青颜料提取结果
（5）底稿线提取
想知道一幅画的创作过程，就需要提取底稿线，由于短波红外可以穿透很多矿物颜料，并且对墨有强烈的吸收效应，因此可以利用高光谱短波红外波段提取书画文物的底稿线。下图（a）～（d）为短波红外成像光谱数据，下图（e）是1804nm的短波红外影像，利用密度分割方法，得到的线描提取结果，结果非常清晰。
不同短波下线描提取图像
（6）唐卡绘画作品判断真假
唐卡是藏族文化中一种独具特色的绘画艺术形式，由于绘画颜料全部采用金、银、珍珠 玛瑙、孔雀石、朱砂等珍贵的矿物宝石，以及藏红花、大黄、蓝靛等植物为颜料，作品色泽鲜艳，璀璨夺目，历经几百年的岁月，仍然色泽艳丽明亮。唐卡作品的鉴定其实并不复杂，只要对画作中矿物颜料的光谱进行检测，就能够判断出真假。
下图的这台高光谱检测仪与故宫文物医院的那台高光谱扫描仪相比，无论大小还是体量都相去甚远，中科谱光研发团队可以根据不同的用途，他们设计不同尺寸、大小的检测仪，功能和效果完全一样。
高光谱检测仪检测唐卡绘画作品
用高光谱扫描仪就能够检测出矿物颜料的成分，从而判断出唐卡作品是否由天然颜料绘制、并由此鉴定出唐卡作品的真假，这对于收藏爱好者来说，无疑在经验判断的基础上又增加了一种科学途径。
文物高光谱扫描成像系统应用前景
文物高光谱扫描成像系统（HS-VSR-C）是专门为文物鉴定和保护提供光谱数据服务的专用设备，包括高光谱扫描成像仪和文物高光谱图像分析软件，可对邮币卡、字画等进行高光谱扫描成像，获取超高分辨率的可见、近红外和短波红外光谱区间的光谱与图像一体的数据，为邮币卡、字画等的鉴别和数字化存档提供高科技支撑。
总结
高光谱成像技术在文物领域，尤其是绘画艺术品的收藏和鉴定等，能够提供非接触无损探测技术手段，高光谱分析技术不损害文物本体，能帮助修复专家了解古书画的颜料组成、绘画技法、甚至能及早发现书画潜在的病害，为文物修复提供精准信息，开拓了高光谱成像技术在其他领域的应用。
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