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文物檢測領域正逐步轉向無損 / 微損檢測技術，傳統數碼相機僅能采集 RGB 三通道信息，難以滿足深層檢測需求。高光譜成像技術憑借光譜分辨率高、檢測效率高、無損且環境適應性強等優勢，成為文物保護的核心技術之一。其通過獲取數百個連續波段的 “圖譜合一” 數據，形成文物的獨特光譜指紋，可精準解析文物的物質組成與隱含特征。
本研究采用杭州彩譜科技 FS - 27 高光譜相機（檢測波段 900 - 1700nm），該設備集成透射式光柵分光模組與高靈敏度面陣相機，內置掃描成像技術，解決了傳統設備需外接推掃機構、調焦復雜等問題，支持與標準 C 接口鏡頭 / 顯微鏡直接集成，實現光譜影像的快速采集。
Figspec FS-2X系列成像高光譜相機
一、顏料分析：精準解析物質構成
通過短波紅外高光譜數據的波段運算、光譜匹配等技術提取被測文物的表面顏料信息，利用光譜角匹配技術提取顏料的高光譜數據結果。
具體流程為：
1.光譜數據預處理：對原始光譜進行歸一化處理，消除光照、材質差異等干擾；
2.標準光譜庫比對：將處理后的光譜數據與顏料標準光譜庫（如礦物顏料、有機染料數據庫）進行匹配，識別顏料種類；
3.空間分布制圖：結合高光譜影像的空間信息，繪制全局性的顏料分布圖譜，直觀呈現不同顏料的區域分布特征（如圖 2 所示）。
圖1 文物檢測設備
圖2 FS-27高光譜成像文物顏料分析側視圖
由于高光譜影像不僅包含了目標的光譜特征還包含圖像特征和空間信息特征，在顏料鑒別中，高光譜影像不僅可以對未知顏料分類，還可以結合其他顏料鑒別技術的結果繪制全局性的顏料分布制圖。
二、信息增強：還原文物歷史原貌
文物因長期受環境侵蝕，常出現褪色、劣化或破損，導致原始面貌模糊。高光譜成像技術通過以下路徑實現信息增強：
1.顏色反演渲染：基于材料光譜反射率與顏色的對應關系，在確定文物材質后，通過光譜數據重建其原始色彩，實現數字化修復與存檔；
2.偽彩圖合成：利用可見光外的光譜信息（如近紅外、短波紅外），通過影像增強處理合成多波段偽彩圖，突出人眼難以辨識的細節（如褪色文字、模糊圖案）。
3.典型案例：某褪色壁畫經高光譜處理后，偽彩圖清晰呈現了原始線條與色彩分區，為數字化保護提供了關鍵依據。
三、隱含信息發掘：揭示文物深層特征
高光譜成像技術的 “圖譜合一” 特性，使其成為發掘文物隱含信息的核心工具，可識別以下類型信息：
1.創作與修復痕跡：通過多波段光譜對比，檢測底稿線、修改痕跡、修補區域（如填補顏料與原材質的光譜差異）；
2.隱形損害：識別肉眼不可見的病害，如內部霉斑、材質老化引起的光譜異常；
3.真偽鑒定：對比不同波段下的光譜特征，揭露偽造文物的材料矛盾（如現代顏料的光譜特征與古代礦物顏料的差異）。
4.實驗驗證：如圖 3 所示，某彩繪文物的可見光圖像僅顯示模糊輪廓，而 1600nm 波段的高光譜圖像清晰呈現了隱藏的花卉圖案。通過圖像融合技術疊加光譜與空間信息，圖案細節較真彩色圖像更突出，為研究文物創作工藝提供了新視角。
圖3 彩繪文物可見光圖像與其高光譜的圖像
通過使用Figspec高光譜成像技術獲取文物較高空間分辨率與成像數據，可以進行顏料分析、信息增強、隱含信息發掘等多方面應用研究。高光譜成像技術特別是近紅外波段，不僅可以有效增強印章的文字信息，發現書畫作品的涂改與涂沫痕跡，而且對于底稿線等線描特征的提取有著非常好的效果，并能有效地對書畫文物所使用的礦物顏料進行識別與分類。Figspec高光譜成像技術在文物數字化存檔、文物診斷、文物修復等方面均可發揮重要作用。
