高光谱

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浅谈高光谱成像技术在世界名画赏析领域的应用

    高光谱图像是将成像技术和光谱技术相结合的多维信息检测技术,它能够同时探测目标的二维几何空间与一维光谱信息,获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。我们可以根据获得的高光谱数据,分析得到具有诊断性意义的物质光谱特征,建立代表物质特性的“指纹光谱”(每种物质都有的自己独特的光谱特征),接着便可以针对高光谱图像中每个像元的光谱反射率曲线,基于光谱匹配与特征分析,利用光谱信息直接识别目标物质。

    文物中,消失的文字、脱落的颜料,由于他们拥有自己独特的光谱特征,而高光谱图像的特点在于极高的光谱分辨率和空间分辨率,只要其留有微弱的信号,我们就可以根据光谱特征将其探测出来、并标明在什么位置;在政策的推动下,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。高光谱拥有曾可捕获物质的“指纹光谱”这一特性,在文物修复过程中发挥着越来越重要的作用。本文将介绍一些美国SOC系列文物高光谱成像系统在国外文物保护领域的一些典型应用范例。


一、 毕加索名画“Blue Room”涂料成分分析
    英文名称: Reflectance imaging spectroscopy and synchrotron radiation X?ray fluorescence mapping used in a technical study of The Blue Room by Pablo Picasso

美国菲利普斯收藏馆/美国阿姆斯特丹国立博物馆自然保护部

图1毕加索名画“Blue Room”平面图


图2毕加索名画"Blue Room”斜面纹理图


图3 a为1500-1650nm处显示的隐藏图像;b为2100-2400nm处纹理特性



图4 Prussian blue,ultramarine blue,lead white,zinc white,viridian green,and vermilion red等不同色素灰度图像


二、梵高名画鸢尾花与玫瑰”(Van Gogh: lrises and Roses)材料分析研究
    英文名称: Van Gogh's Irises and Roses: the contribution of chemical analyses and imaging to the assessment of color changes in the red lake pigments

美国纽约大都会艺术博物馆
    画作简介:
    文森特.梵高:《鸢尾花》 (Irises)(1890);尺寸: 73.7×92.1 cm,纽约大都会艺术博物馆馆藏;

    文森特,梵高:《玫瑰》(Roses)(1890);尺寸: 93×74 cm,纽约大都会艺术博物馆馆藏。

图1《鸢尾花》


图2《玫瑰》


图3《鸢尾花》平面图(a);基于荧光光谱的Pb(b)、Zn(c)、Co(d)、and Br(e)等元素的图像分割


图4《玫瑰》平面图(a);基于荧光光谱的Pb(b)、Zn(c)、Co(d)、and Br(e)等元素的图像分割


图5 a、b、c、d分别展示不同区域的细节成分与对应漫反射光谱


三、毕加索名画“Picasso's Peonies"《牡丹》材料鉴别分析
    英文名称:Visible and infrared imaging spectroscopy of paintings and improved rflectography

美国国家美术馆科学研究部
    画作简介:Picasso's Peonies《牡丹》 作者:(西班牙)巴勃罗·鲁伊斯·毕加索,创作年代:1901年


图1 aPicasso'sPeonies《牡丹》彩色图;b:不同涂料的分类提取图;c:不同涂料的反射光谱图


图2 a:Picasso's Peonies《牡丹》彩色图;b:800,750,and 700 nm假彩色图像;c:不同标记点的光谱


图3:Madonna and Child with Four Angels画像处理

    目前文物鉴定的传统方法中很多是有损或微损的,需取样才能分析;而且,有损测试的分析结果只局限于测试点或取样点,而不能完全代表未测试部位的信息。高光谱成像技术能同时提供待测物整体的图像和光谱信息,可以对目标物进行高光谱识别和分类;其具有快速测量、能进行精细分类与识别等优点,且对文物无损伤,在文物分析领域具有广阔的应用前景。