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

    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

    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 a：Picasso'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。

iSpecHyper-VS高光谱成像相机是莱森光学（LiSen Optics）专门用于公安刑侦、物证鉴定、精准农业、矿物地质勘探等领域的最新产品，主要优势具有体积小、帧率高、高光谱分辨率高、高像质等性价比特点。iSpecHyper-VS采用了透射光栅内推扫原理高光谱成像，系统集成高性能数据采集与分析处理系统，高速USB3.0接口传输，全靶面高成像质量光学设计 ，物镜接口为标准C-Mount，可根据用户需求更换物镜。iSpecHyper-VS高光谱成像相机广泛应用于公安刑侦、物证鉴定、精准农林、遥感遥测、 工业检测、 医学医疗、采矿勘探等各领域。

技术优势特点

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