敦煌壁画绘画材料多光谱图像标准数据库的建立和应用（英文）

多光谱摄影图像调查技术,基于不同物质对不同光谱吸收与反射的差异及不同波段单色光谱有相应的灰度偏向,以单色光谱灰度图像经伪彩色强化,可作为一种绘画材料普查方法。这种方法的应用首先需要建立相关遗址绘画材料多光谱图像标准,以此为基础才可以通过多光谱伪彩色等图像对壁画中漫漶壁画、相近色相颜料及无法观察的有机材料做前期普查,为后期高精度仪器的进一步调查提供参考。采用已知敦煌壁画中常用29种绘画材料制作标准颜料色板,通过规范多光谱拍摄程序和优化多光谱拍摄条件,在250~1 300nm之间获取各种颜料在不同光谱区域的反射及荧光图像,再经过后期科学的图像校正及红外、紫外反射伪彩色图像合成,初步建立敦煌壁画颜料多光谱图像标准数据库。对真实壁画进行多光谱拍摄,将获取的可见反射、红外反射伪彩色和紫外反射伪彩色图像与标准数据库图像进行交叉对比,并采用便携式显微镜、便携式X荧光、近红外光谱等分析技术验证所获取的多光谱分析结果,表明壁画颜料多光谱图像标准数据库的建立,作为一种新型无损检测辅助方法,可通过多光谱图像对敦煌壁画颜料前期鉴别、推断绘画材料属性以及获取颜料分布状况等信息。绘画材料光谱图像数据库的建立可提高常见绘画材料类别及范围的前期调查效率和可靠性,是一种有效的颜料面集调查辅助方法。     

可见光谱法无损识别壁画文物矿物质颜料的研究

针对取样分析技术破坏壁画文物完整性问题,提出非接触式可见光谱法原位无损识别壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的方法。构建非接触式获取平台原位无损采集壁画文物表面可见光谱;通过调研和实测数据分析,制备了壁画矿物质颜料可见光谱数据库。分析数据库中的光谱数据发现：同种化学成分的颜料具有相同的吸收特性,表现为光谱曲线峰值位置和几何轮廓的相似性;在不同粒径下又呈现出不同的散射特性,表现为光谱曲线幅度的差异性。为此,构建了壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的可见光谱法无损识别流程和识别方法,即提取光谱曲线几何轮廓特征构建表征空间实现了颜料物质成分的识别;在此基础上,提出了矿物质颜料需进行物理特征识别的理念,并建立了光谱曲线幅度积分值与颜料平均粒径间的拟合关系,实现颜料粒径识别。以敦煌莫高窟壁画为例验证了该方法的可行性。     

多光谱成像技术分析彩色艺术品的相关基础研究

多光谱成像技术集数字成像和光谱测量技术于一体,是一种记录光学信息的新型无损分析技术。基于对国内外文化遗产领域多光谱成像技术研究现状的分析,使用自行搭建的多光谱成像系统对敦煌壁画颜料模拟试板和现代国画在300~1000 nm范围内进行光谱图像采集,检验多光谱成像系统的适用性。结果显示多光谱图像能对外观相近的不同颜料做出快速区别,结合激光显微拉曼光谱技术,可进一步识别样品中颜料的种类;同时,多光谱图像还能够揭示具有紫外激发可见荧光特性的物质分布、画稿中的底稿信息、水渍痕迹等信息。实验表明多光谱成像技术可以有效获取彩色艺术品的多样化信息,在彩色艺术品研究领域具有良好的应用前景。     

基于多通道窄带滤光片和彩色图像传感器的实时多光谱成像系统

针对复染情况的出现,采用多通道窄带滤光片与彩色图像传感器相结合的方式,设计了一种多光谱成像方法.使用多通道窄带滤光片对光源进行分光,采用多元线性回归方法建立多光谱剥离模型,并对彩色图像传感器输出的多个单色光混叠响应进行剥离,通过FPGA实现多光谱图像的实时剥离运算和输出.实验结果表明:多通道窄带滤光片的半高宽为12nm/15nm/20nm,其透射光是三个不同波段的窄带单色光;在检验水平为0.01情况下的模型具有较高的准确性;具有相同光谱特征的物质在同一波段的灰度图像上特征一致,同一物质在不同波段上的灰度图像特性差异较大.     

受干扰光谱信息中矿物颜料粒径信息的获取

矿物颜料的准确配色是实现文物壁画高品质修复,颜色高保真还原的关键技术。矿物颜料颗粒的粒径大小是影响矿物颜料颜色信息和光谱反射率信息的一个重要因素。准确获取壁画表面的矿物颜料光谱反射率信息,是实现颜料颗粒粒径信息识别的有效途径。但是,由于壁画表面矿物颜料部分采样点的光谱信息受到了干扰,无法与不同粒径的矿物颜料的光谱数据库准确匹配,因此也无法从采集的光谱信息中获取有效的粒径信息。针对受干扰的颜料光谱信息,提出利用比值导数法对其进行处理。把光谱信息从光谱反射率空间转换到比值导数光谱空间进行匹配,降低光谱中的干扰信息,增强矿物颜料颗粒本身的光谱特征信息。以壁画中常用的不同粒径的石青和石绿矿物颜料为实验对象,制成色块样本,以基底和白色颜料为主要影响因素,对文中提出的方法进行测试。光谱角度量的结果和光谱曲线图的匹配结果显示,在比值导数光谱空间,获得了满意的光谱匹配精度。验证了文中提出的分析方法可以解决实验中受干扰颜料光谱匹配不准确而无法获得粒径信息的问题,能够为壁画修复过程中矿物颜料的配色提供准确的粒径信息参考。     

基于空谱联合特征的壁画稀疏多光谱图像颜料分类方法

由于受到现场条件和保护要求限制,对壁画进行光谱成像数据采集时需要快速完成,利用稀疏通道成像能够提高数据采集的效率,但其像元颜料光谱反射率曲线呈现非线性,影响壁画多光谱图像颜料分类精度.针对该问题,提出了基于空谱联合特征的壁画稀疏多光谱图像颜料分类方法,采用长短期记忆神经网络中的双曲正切激活函数提取非线性光谱特征,减小对...     

红外伪彩色图像的去彩化研究

为适应人眼的感知能力,伪彩色编码技术常被用于处理红外探测系统输出的灰度图像。较于灰度图像,计算机对彩色图像处理所需的存储量与计算量较大。鉴于某些红外设备只提供伪红外图像的输出,因此伪红外图像的去彩色化算法成为该文的主要研究目标。除利用最大值分解、平均值与光亮度法3种常见灰度化算法对伪红外图像的处理外,直接对伪彩色图像进行解码的方式也在文中被用于红外图像的去彩色化。实验基于上述两类方法,对线性与正弦非线性彩虹伪彩色图像的去彩色化进行了研究,并对处理后图像的质量进行了比较。实验结果表明,常规灰度算法处理后的伪彩色图像质量较差,而线性伪彩色图像经解码处理后可完全恢复出原图,实现0均方差;对于正弦非线性算法,虽然存在由量化误差引起的损失,但与原图像比仍有非常低的均方差（0.309 4）与高的峰值信噪比（101.356 0）。     

基于可见光谱的古代壁画颜料无损鉴别方法

矿物颜料是古代壁画显色的物质基础,其可见光谱反映自身物质和物理属性。不同颜料对可见光吸收特性的差异导致光谱曲线形状不同,同一种颜料因粒径等级差异引起光谱曲线幅值的规律性变化。依据矿物颜料上述特性,提出一种基于可见光谱的古代壁画颜料无损鉴别方法,通过光谱归一化方法实现不同粒径等级的同一颜料光谱曲线叠合,去除颜料粒径等级对光谱曲线幅值变化的影响,然后提取表征光谱曲线在各波段增减性和凹凸性的一阶与二阶导数特征,与光谱曲线组合得到颜料物质属性鉴别的光谱组合特征空间,以光谱角和欧式距离为基础构建评价指标,计算待鉴别颜料与数据库参考样本在光谱特征空间中的匹配误差(ME),实现颜料物质属性的鉴别。通过构建矿物颜料平均粒径大小和光谱反射率均值之间关系函数,实现颜料平均粒径大小的鉴别。基于构建的古代壁画常用颜料光谱数据库,以莫高窟壁画为对象,通过非接触式原位无损测量方法测量获得壁画颜料的可见光谱数据,对本文方法进行了验证,并以石绿和青金石颜料的鉴别结果为例,对古代壁画颜料使用技法、不同朝代颜料使用的差异性及原因进行了探讨。该方法将为更加全面深入研究和保护古代壁画提供有效的理论与方法支撑。     

光导纤维反射光谱技术在彩绘文物颜料无损分析鉴定中的应用

文物颜料成分分析鉴定是文物材质分析和文物保护工作的重要内容。利用自行研制的光导纤维反射光谱仪对唐代彩绘陶器和壁画上的颜料成分进行了无损分析鉴定,通过比较彩绘文物颜料和标准颜料的反射光谱曲线的形状以及特征峰或一阶导数峰来完成颜料的鉴定工作。光导纤维反射光谱法鉴定出西安市唐代彩绘文物1#样品墓葬壁画上的深红色颜料是纯度较高的土红;2#样品陶器残片上的绿色颜料为石绿;3#样品陶缸残片上的橙红色和朱红色颜料分别是由大量铅丹和微量土红及大量朱砂和微量土红的混合物所组成。采用X射线荧光分析法进行验证,实验结果表明光导纤维反射光谱技术鉴定彩绘文物颜料成分的结果是准确、可靠的,提供了一种文物颜料无损分析的简捷方法。     

新疆库木吐喇石窟壁画铅颜料的拉曼光谱分析

利用显微镜、扫描电镜和激光拉曼光谱技术对库木吐喇石窟壁画铅颜料进行分析,结果显示棕黑色颜料是二氧化铅和铅丹,橘红色和棕红色颜料是铅丹。采用拉曼光谱检测铅颜料,选择恰当的激光波长和检测功率是获取准确分析结果的关键,较长的激光波长和低的功率能确保铅颜料稳定。研究还发现了石窟壁画颜料铅丹的变色现象。     

有机和无机国画颜料漫反射光谱和吸收光谱特征研究

国画颜料解混一直是古画颜料研究的重要内容,其中光纤反射光谱（FORS）是无损化探测颜料类别的常用手段。通过CCD光纤光谱系统,从光谱线型对国画颜料进行了分类,分别探测了两种有机植物颜料藤黄和胭脂在不同比例混合下的漫反射光谱与吸收光谱,并获取了不同色系无机矿物质颜料混合后的漫反射光谱。分析了单一颜料和混合颜料的光谱特征峰值,运用多元线性回归（MLR）以及一阶导数光谱法（FDS）,通过全波段线性解混获得了各组分颜料的比例。经过实验与理论分析,藤黄与胭脂的漫反射光谱为S型,混合颜料一阶导数光谱中两特征峰的位置分别为536和649 nm,在漫反射光谱中多元线性回归基本适用于该混合颜料的解混并显示出一定的线性规律,但无法精确地解混。而混合颜料的吸收光谱与单色光谱之间存在较好的线性关系,解混误差在5%左右。无机矿物质颜料中的漫反射光谱有S型（石黄和赭石）和钟型（石青和石绿）两种。首先,对于S型（石黄）与S型（赭石）混合颜料漫反射光谱,赭石的一阶导数光谱出现明显的“三峰”现象,并且混合颜料一阶导数光谱在534 nm处出现新的特征峰。多元线性回归理论虽适用于该混合颜料的解混,但由于不同颜料解混的权重因子不同,无法形成较为精准的线性模型。其次,对于S型（赭石）与钟型（石绿）混合颜料的反射光谱需要多元线性回归与导数光谱法共同判断混合比例的基本趋势,该光谱在400～800 nm范围内仅有一个交叉点。最后,利用钟型（石青）与钟型（石绿）混合颜料反射光谱的特征峰位置,即可判断出颜料混合比例的特征,随着混合比例的变化,反射光谱特征峰在457～524 nm出现了明显的横向移动,并且混合颜料光谱的峰值强度有明显的减弱。     

基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像的实验研究

提出了一种伪色彩太赫兹成像技术. 通过引入频域色彩区间积分, 建立了一套基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像系统, 实验分别研究了乳糖和对氨基苯甲酸两种不同白色化学粉末的伪色彩成像和灰度成像, 研究了不同颜色区间定义对伪色彩图像的影响, 讨论了利用不同频率信息成像系统所能达到的空间分辨率. 研究结果表明, 伪色彩成像技术可以将不同的物质信息同时成像在一张太赫兹图像中, 通过不同物质在太赫兹图像中呈现出的颜色差别来区分不同的物质及其分布. 克服了传统的太赫兹灰度成像技术中, 需要多张图像来区分不同的物质的问题, 提高了成像速度, 降低了筛选难度. 利用高频信息进行伪色彩成像, 可以将系统成像的空间分辨率提高到0.4 mm. 伪色彩成像方式可以更直观快捷地显示样品的基本属性, 对于实现太赫兹安检的初检和快速筛选具有重大的现实意义.     

西藏扎什伦布寺壁画的科学研究

壁画是寺院建筑的重要装饰元素,也是藏传佛教艺术的重要组成部分。扎什伦布寺始建于明正统12年（公元1447年）,作为后藏最大的寺院,寺内保存了大量精美壁画,这些壁画对研究藏传佛教及佛教艺术具有重要意义。扎什伦布寺自建寺起一直为传播佛教文化服务,经历了频繁的大规模修建。为了解扎什伦布寺壁画的制作材料与工艺,为今后壁画的保护及修复提供重要的参考及科学支撑,选取寺内强巴佛殿四层北壁、吉康扎仓南殿西侧的典型壁画,共采集8个样品。采用超景深三维视频显微镜观察壁画的制作结构,显微激光拉曼光谱仪对有机与无机颜料的成分信息进行表征,偏光显微镜根据晶体的光学信息鉴别拉曼光谱相似的颜料颗粒,X射线衍射仪用于测定地仗成分,扫描电镜/能谱仪则对微观数据进行确认和补充。通过分析研究,壁画由地仗层、准备层、颜料层构成。颜料包括矿物及人工合成颜料,其中红色颜料为朱砂与颜料红14,绿色颜料为块铜矾、酞菁绿,黑色颜料为碳黑,黄色颜料为雌黄,蓝色颜料为合成群青。颜料红14与酞菁绿为有机合成颜料,合成群青则为无机合成颜料。块铜矾作为矿物颜料,在欧洲曾用于架上画、壁画、手稿等艺术作品中,但在国内还未曾发现其使用历史,这一发现扩展了对绿色颜料的认识。壁画的地仗层依据藏式壁画制作传统使用了阿嘎土,准备层则由黄土制备。研究结果表明,壁画制作时以阿嘎土打底,刷一层黄土找平壁面,以胶调和颜料绘制于黄土层之上。壁画除了使用一些常见的传统藏式壁画材料,还发现了一些近代人工合成材料,说明扎什伦布寺强巴佛殿四层北壁及吉康扎仓南殿西侧壁画曾经历过重绘或补绘。该研究结果不仅弥补了扎什伦布寺壁画的研究空缺,也为扎什伦布寺修缮历史的补充及完善提供了重要证据。     

天水仙人崖石窟壁画颜料层原位-无损分析研究

壁画是我国极为重要的文化遗产类型,具有极高的历史价值、艺术价值、科学价值、文化价值和社会价值。颜料层作为壁画的核心价值所在,包含古代历史文化、宗教信仰、政治经济、科学技术等多方面的信息内涵。常规的颜料层分析方法有原位无损和微损取样两种,取样分析方法虽能满足这类珍贵、脆弱文物的研究,但获取样品数量有限且会对本体造成不可逆转的损伤。综合运用数字成像以及光谱等分析技术对天水仙人崖石窟壁画颜料层进行工艺与制作材料研究。结果显示,正射影像图能够真实记录壁画当前纹理信息,色度仪可以量化表征壁画颜料的颜色,红紫外摄影可以提取可见光下不易探查的壁画绘制线稿、修复痕迹等隐含信息,高倍数码显微镜可观察壁画表面的微观形态及破损处的层次信息,便携式X射线荧光光谱仪可检测出颜料中的元素由此判断主要显色元素,高光谱采集所得数据与标准图谱比较后能够准确判定颜料的矿物种类。因此,多种原位无损分析方法的联合运用,可以减少对文物的直接干预,亦可达到对壁画颜料层认知的目的。这些非接触式的无损检测方法,可精细化研究壁画颜料层的色彩、物理、化学属性等内容,是壁画现场分析的重要手段,可在石窟寺、寺观殿堂、墓葬壁画的研究上进行推广,发挥其应有之用。     

青海热贡地区传统建筑彩画颜料光谱特征分析研究

青海省热贡地区是安多藏区藏式建筑彩画艺术的重要产地,作为热贡艺术的重要组成部分影响甚广。热贡地方建筑彩画不仅是附着建筑栋梁之上的艺术瑰宝,更是一项延续至今的传统技艺,至今仍有大批传统匠人画师从事相关行业。热贡地方建筑彩画有独立的用色方法和颜料制作工艺,对其所用传统颜料进行科学检测是系统研究该地区建筑彩画的基础性工作,在进一步研究热贡地区建筑彩画的制作工艺和艺术特色,传承地方建筑彩画技艺和完善保护政策等方面具有积极意义。通过对同仁市隆务寺夏日仓行宫火供殿所用当地传统建筑彩画颜料的采样,运用X射线荧光光谱、X射线衍射分析、激光显微拉曼光谱分析等多种实验分析方法,对颜料样品进行分析,测定其主要显色物质和成分占比。结果表明,热贡地方建筑彩画所用颜料多为无机颜料;蓝色颜料主要是人造群青;绿色颜料的主要矿物组成为绿土,显色物质为蒙脱石,存在将植物色染料加入当地所产的富镁蒙脱石中混合使用的可能性;红色颜料的主要矿物组成为铁红（赭石类红土）,通过焙烧富铁矿土来人工合成,材料来自于当地吾屯村所产红色赭石类粘土;黄色颜料主要矿物组成为密陀僧、硫磺及其他植物色染料制备而成;黑色颜料为碳黑,符合木炭黑的性状特征;白色颜料主要为生石灰及氧化镁粉,并在其他颜料中广泛使用石灰及氧化镁粉作为调色颜料;推测部分样品中含有包金土及植物色素染料、其他人工合成颜料的可能性。整体来看,热贡地区建筑彩画所用颜料成本价格较低,制取难度不大,来源大多是当地常见的矿土料和动植物染料,传统的制料工艺较简单,颜料多呈现为组分复杂的混合物状态;密陀僧、包金土和群青等颜料多来自于内地及国外,颜料人工合成的历史较早,反映出热贡地区建筑彩画在颜料使用上不仅使用本土材料制备,也广泛使用外来颜料的历史传统,为进一步研究热贡地区建筑彩画领域内汉、藏等多民族文化交往、交流、交融历史提供了良好实证材料。     

唐代苏同家族墓天王俑彩绘的光谱分析

天王俑是中原地区的达官贵人墓葬的镇墓俑,是唐墓葬冥器中重要的一种神煞俑。为探究天王俑彩绘颜料的组成元素以及彩绘工艺,使用X射线荧光光谱分析了陕西省咸阳市渭城区苏同家族墓KTJ-2019-019M2、 KTJ-2019-019M3坑出土的天王俑彩绘区域的元素组成。分析结果表明陶俑表面金色贴片主要为金箔(Au);红色颜料的组成元素则是Hg、 S以及少量的Pb、 P;蓝色颜料和绿色颜料的组成元素均为Cu,白色颜料的组成元素为P、 S、 Pb。使用拉曼光谱对彩绘颜料层的鉴定物相,使用拉曼光谱分析技术对彩绘层分析结果确定了红色颜料的主要组成物相为朱砂(HgS)和铅丹(Pb₃O₄)的混合颜料;蓝色颜料的主要组成物相为石青;绿色颜料的主要组成物相为石绿;白色颜料的组成物相可能为铅白。进一步使用XRF面扫描技术分析了天王俑的彩绘工艺,解析金、红、蓝、绿色区域的组成元素位置,发现陶块样品中的M₂-1金色陶块、 M₃-1白色陶块、 M₃-2红色陶块、 M₃-3蓝色陶块、 M<...