一、高光譜成像技術(shù)簡介

高光譜成像技術(shù)是一種集成了光譜學(xué)、圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)通過捕獲目標(biāo)物的光譜反射和發(fā)射信息，可以獲得目標(biāo)物的化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)等多方面的詳細(xì)信息。因此，高光譜成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。近年來，該技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域中也得到了越來越多的應(yīng)用。

二、高光譜成像技術(shù)在故宮博物院書畫文物保護(hù)中的應(yīng)用

高光譜成像技術(shù)用于故宮博物院書畫文物保護(hù)的主要應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)包括：

1.分析文字信息：高光譜成像技術(shù)可以幫助增強(qiáng)故宮書畫文物上的文字信息，以便進(jìn)行深入研究。

2.識(shí)別隱藏病害：通過高光譜成像技術(shù)，可以辨別書畫文物的隱藏病害，為繪畫工藝研究提供幫助。

3.提取底稿線：高光譜成像技術(shù)在文字信息增強(qiáng)、隱藏信息提取等方面有優(yōu)勢(shì)，有助于提取故宮書畫文物底稿線。

4.分析顏料：高光譜成像技術(shù)可以幫助分析故宮書畫文物所用的顏料，從而為書畫文物的保護(hù)修復(fù)材料選擇和修復(fù)效果評(píng)估提供幫助。

5.褪色模糊不清的畫面內(nèi)容：高光譜成像技術(shù)可以幫助辨別褪色模糊不清的畫面內(nèi)容，從而提高故宮書畫文物修復(fù)的質(zhì)量。

三、高光譜成像技術(shù)用于故宮博物院書畫文物保護(hù)

本研究應(yīng)用了900-1700nm的高光譜相機(jī)，可采用廣東賽斯拜克科技有限公司產(chǎn)品SC250進(jìn)行相關(guān)研究。SINESPECSCX系列成像高光譜相機(jī)采用高衍射效率的透射式光柵分光模組與高靈敏度面陣列相機(jī)、結(jié)合內(nèi)置掃描成像及輔助攝像頭技術(shù)，解決了傳統(tǒng)高光譜相機(jī)需外接推掃成像機(jī)構(gòu)及調(diào)焦復(fù)雜等難以操作的問題。可與標(biāo)準(zhǔn)C接口的成像鏡頭或顯微鏡直接集成，實(shí)現(xiàn)光譜影像的快速采集。

中國是歷史悠久的文明古國在漫長的歲月中，中華民族創(chuàng)造了豐富多彩，彌足珍貴的文化遺產(chǎn)。文化遺產(chǎn)是歷史與社會(huì)發(fā)展的見證是文化認(rèn)同的標(biāo)志 是提高創(chuàng)新能力的源泉 是體現(xiàn)國家文化軟實(shí)力的不可再生的重要物質(zhì)資源，同時(shí)也是調(diào)結(jié)構(gòu)促發(fā)展、培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源。故宮博物院擁有180萬件（套）文物 其中13萬件書畫類文物 ，是國內(nèi)珍貴書畫文物最集中的博物館。目前 故宮博物院書畫文物保護(hù)主要依賴于傳統(tǒng)書畫裝裱修復(fù)技藝 缺乏全面科學(xué)系統(tǒng)的材質(zhì)與工藝分析。這是因?yàn)闀嬑奈镙^脆弱，且難以進(jìn)行取樣工作。要對(duì)書畫文物進(jìn)行科學(xué)分析 既要使用無損的分析方法 漢要保證分析方法的效率。因?yàn)闀嬑奈锍叻话爿^大 如果只對(duì)局部點(diǎn)進(jìn)行分析 可能會(huì)錯(cuò)過重要的信息 所以最好的分析方法是對(duì)書畫文物進(jìn)行整體分析 因此必須保證分析方法具有足夠高的效率。

　　高光譜成像技術(shù)是目前最為安全、不易受檢測對(duì)象和檢測環(huán)境限制的無損檢測新技術(shù)之一。高光譜成像技術(shù)能在紫外、可見光、紅外的電磁波段獲取許多非常窄波段的圖像數(shù)據(jù)，即為每個(gè)像元提供數(shù)十到數(shù)百個(gè)波段的光譜信息，組成一條完整且連續(xù)的光譜曲線 這些曲線可以用來定量分析觀測對(duì)象的屬性。相較于便攜式X射線熒光光譜、拉曼光譜等無損分析方法高光譜具有更高的效率。因?yàn)楦吖庾V成像技術(shù)可以同時(shí)大幅面獲得圖像和反射光譜 并且速度很快。對(duì)于書畫文物 高光譜圖像信息有助于彩繪文物的病害調(diào)查，可以用來辨別書畫文物的隱藏病害、修復(fù)痕跡和一些褪色模糊不清的畫面內(nèi)容；高光譜反射光譜可以用來鑒定顏料和膠結(jié)劑的成分 將反射光譜和圖像結(jié)合還可以實(shí)現(xiàn)顏料和膠結(jié)劑的面分布分析。將此技術(shù)用于書畫文物的保護(hù) 不僅能夠深度了解文物病害程度，為繪畫工藝研究提供幫助 更重要的是能夠?yàn)闀嬑奈锏谋Ｗo(hù)修復(fù)材料選擇和修復(fù)效果評(píng)估提供參考。

　　本研究歸納總結(jié)了目前國內(nèi)外高光譜成像技術(shù)在文物保護(hù)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，并利用研發(fā)的高光譜成像系統(tǒng)對(duì)部分故宮博物院館藏書畫文物進(jìn)行高光譜掃描成像分析。通過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(jìn)行文字信息增強(qiáng)、隱藏信息提取、底稿線提取、顏料分析等多方面應(yīng)用研究。結(jié)果表明 高光譜成像技術(shù)特別是短波紅外波段 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(duì)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(duì)書畫文物所使用的礦物顏料進(jìn)行識(shí)別與分類。

　　高光譜成像技術(shù)為文物科技工作帶來新的有效的技術(shù)途徑 將在文物數(shù)字化存檔、文物診斷、文物修復(fù)等方面發(fā)揮重要作用，推動(dòng)文物科技工作的發(fā)展。鑒于目前國內(nèi)使用高光譜成像技術(shù)分析文物的效率較低 每次成像面積較小只能分析文物的局部，為了提高高光譜成像技術(shù)分析書畫文物的效率 ，故宮博物院與中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所合作開發(fā)了一套專門用于書畫文物的高光譜成像自動(dòng)掃描拼接系統(tǒng)，包括400~2000nm波段范圍的成像光譜系統(tǒng)、全自動(dòng)光機(jī)掃描平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集控制和掃描平臺(tái)控制軟件，以及數(shù)據(jù)分析軟件。高光譜成像自動(dòng)掃描拼接系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高光譜數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和拼接 特別適用于書畫的整體分析。

高光譜成像技術(shù)在故宮博物院書畫文物保護(hù)中的應(yīng)用，不僅提供了對(duì)文物無損檢測的可能性，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)文物微觀信息的獲取和分析。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅有助于文物的預(yù)防性保護(hù)和修復(fù)，也為我國文物保護(hù)事業(yè)的發(fā)展提供了新的動(dòng)力。未來，我們期待看到更多先進(jìn)的技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，為人類的文化遺產(chǎn)保護(hù)做出更大的貢獻(xiàn)。