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一文Vol.24|多光谱摄影技术在古代印绘纺织品中的应用
2021-07-06

看到多光谱摄影技术,有人就会问起与普通相机的区别是什么,多光谱摄影技术到底能拍摄出什么样的照片。今天让我们一起了解一下多光谱摄影技术及在纺织品文物中的应用,或许你也可以利用这种无损可视化的方法来解决遇到的难题呢。

目前彩色相机拍摄的光学元件中只包含了红绿蓝三色光学频谱波段的信息,所以我们一般看到的彩色照片是这三种颜色组合产生的彩色图像,称为RGB图像。如果在相机中增加更多可以过滤频谱波段的滤波片,那么就可以组装成多光谱相机了。数码相机仅能记录RGB图像,无法呈现在不可见光条件下肉眼难以见到的内容,而多光谱成像技术将摄入光源经滤波片过滤,利用不同光谱下物体的吸收和反射的程度不一致来采集得到多张不同的成像图像,通过成像光谱仪的滤波片记录被检验物体在一定光谱范围内密集均匀分布的多个窄波段单色光的反射、吸收及激发荧光图像,然后对这些图像进行细节增强和特征提取,找出不同细节(图1)。

图1  多光谱成像原理图


多光谱影像包含了被检物体在多幅等间隔波长位置的窄波段单色光亮度分布影像,实现所需波长范围的图像,成像仪里小小的滤波片可以让我们看到肉眼无法看到的一些图像信息。比如在一些老旧的书籍中,墨水书写的字迹会随着时间不断褪色而无法辨认,使用不同光谱照射消褪字迹,字迹的反射光到达多光谱相机后随即被分离为多种光谱,经计算机提取并放大这些光谱的差异并输出图像,这些消失的文字即刻重现。敦煌莫高窟壁画世界闻名,壁画到底采用什么颜料绘制,研究者借助多光谱技术识别所用的颜料种类,如第98窟南壁东起第三身女供养人经多光谱识别后,发现壁画采用了青金石、密陀僧、氯铜矿、朱砂、铅丹等矿物颜料。

图2  第98窟南壁东起第三身女供养人及多光谱图像[1]


除了壁画,一些纺织品文物上的墨书,是最直接的历史证明,往往由于自然老化或者被污染物覆盖难以识别,如何在不破坏文物的情况下显示原本内容变得尤为重要,多光谱摄影技术让文物诉说原本精彩真实的故事,将更“真”的一面呈现。以一件明朝正德八年的何鉴诰命为例(图3),说说多光谱的具体使用方法和效果。

图3  现存的何鉴诰命(两段)


诰命又称诰书,是中国封建社会皇帝下达命令的一种圣旨,主要为皇帝对臣僚或赐予官阶或授赠荣誉的凭证文书。何鉴诰命现藏于浙江新昌县文管会。该诰命为青灰、杏黄、米黄三色织绫,底织云鹤图案,但现存的诰命已分为二段,共长325cm、宽30cm。第一段首端为青灰色,上织首尾相错的龙纹,两龙之间织有篆体“奉天诰命”四字,相接的杏黄色绫上,用馆阁体书写诰命内容,从“奉天承运皇帝制曰……”起,叙述职掌兵部责任的重大,以及当时已被封为“太子太保兵部尚书”何鉴的事迹。第二段首端也为青灰色绫,内容为尚书何鉴的任职履历,从初任的宜兴知县起至太子太保兵部尚书的今职,共有十五任职衔,但是由于年代久远,加之背景颜色较深,其中一些墨书字迹用肉眼识别较为困难(图4)。接着杏黄色绫上写的是何鉴已故妻子石氏有“从夫之义”,从赠夫人的原封诰加赠为一品夫人,最后一节的米黄色绫上写“正德八年二月十二日”的签发日期,上印“制诰之宝”玉玺图章。

图4  十五任职衔的局部墨书字迹


采用SPECTROCAM?多光谱成像系统对诰命的十五任职衔墨书进行拍摄。在拍摄过程中,利用8个标准滤波片(表1),并配合系统软件模拟运算提取图像信息。其中滤波片(PF)1—6为可见光波段,滤波片(PF)7和8包含不可见的红外光波段。白炽灯作为外部光源。

表1  标准滤波片的中心波长和谱带宽度


十五任职衔位置的图案颜色种类较多(黄色图案、红色印章、绿色衬底),这些颜色经过不同滤波片仍有反射,呈现出的图像中仍就存在这些颜色的灰度图像(图5(a,b)),墨书字迹图像输出不够清晰,而在滤波片(PF)7和8的条件下拍摄出了清晰的墨书字迹(图6(a,b))。


a:PF4条件下的图像

b:PF6条件下的图像

图5  可见光滤光条件下的局部图像


a:PF7条件下的图像

 b:PF8条件下的图像

图6  红外光波段滤光条件下的局部图像[2]


经过多光谱拍摄与释读,十五任职衔内容为:“初任直隸常州府宜興縣知縣;二任山西道監察禦史;三任河南府知府;四任山東布政司左參政;五任四川布政司右布政使;六任本司左布政使;七任都察院右副都禦史;八任刑部右侍郎;九任本部左侍郎;十任本部左侍郎兼都察院左佥都禦史;十一任南京兵部尚書;十二任刑部尚書;十三任兵部尚書;十四任太子少保兵部尚書;十五任今職。”

多光谱摄影技术已经在文物现状调查及颜色记录研究中的应用也越来越广泛,对文物的现存色彩、局部病害表现特征、颜料组成能做科学、翔实的无损调查记录,弥补了相机在正常可见光谱下拍摄的不足,可以实现对文物色彩及病害信息及时记录,掌握文物现状调查的第一手资料。


参考文献:

[1]国家文物局.万年永宝—中国馆藏文物保护成果[M].北京:科学出版社,2021

[2]杨海亮,周旸,刘剑,俞国璋. 多光谱摄影技术在印绘纺织品文物信息提取中的应用——以正德八年诰命为例[J]. 文物保护与考古科学, 2017, 29(02):33-37

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