高光谱成像仪是如何“看出”颜料成分的？

2023-06-21

高光谱成像仪是一种无损图像检测设备，在物质表面图像的采集和分析中发挥着重要作用。高光谱成像仪运用到书画保护中，可以有效识别颜料的成分。那么，高光谱成像仪的火眼金睛是如何是如何“看出”颜料成分的呢？

在古代，颜料多以矿物质、植物等自然物质为主，经过几千年智慧的积累，同一种颜色可以用不同的物质表达，比如红色就包括朱砂、赭石、铅丹等物质；黄色则可能是纤铁矿、密陀僧或雌黄等。

所以即便看到同一种颜色，也无法立刻判断到底是哪种物质产生的颜色。文保工作者看到壁画的第一时间就想知道颜料的成分。因为壁画的价值体现在表达内容上，颜料又是表达内容最重要的手段之一。

　　既然无法通过肉眼观察得到结论，那么仪器分析就必不可少。我们一直在尝试，通过光学显微镜、X射线荧光、激光拉曼等手段分析，只是精确的仪器往往体积比较庞大，无法带到发掘现场。所以只能从壁画上刮取样品带回去检验。这样的取样化验的方法不可避免会对画作造成损害。

　　高光谱成像仪的出现，让这些“无奈”迎刃而解。高光谱成像仪分析颜料成分时完全不需要刮取颜料，是通过与壁画保持一定距离而进行非接触式扫描实现的。它判断颜料成分的依据是不同矿物质具有的光谱特征不同。可以说，光谱反射率是物质的‘指纹’，可以用来识别物质。而且，相较于精确度与体积无法“兼得”的大型仪器，高光谱成像仪经过西安光机所的不懈努力，已经可以适应较狭窄的场地，进行现场勘测。这些都为建立颜料库提供了基础。

　　而在此协议签订之前，我国并没有对古代画作特别是壁画的颜料光谱特征开展过系统的研究。因为与其他文物的修复工作相比，壁画修复的工作起步较晚。壁画的考古发掘工作从上世纪五六十年代才开始，至今也不过只有六七十年的时间。国内开展颜料测定工作时间更短，所以目前并没有系统的颜料资料库。

发现高光谱成像仪可以分辨颜料成分起源于2013年，当时陕西历史博物馆的考古人员正在发掘唐朝宰相韩休的墓葬。韩休墓的发现，与一起盗墓案密不可分。

图为《乐舞图》，是韩休墓中的一幅壁画，左侧地毯前的男子可以隐约发现改动的痕迹（上图），经过对高光谱图像的进一步分析发现，左侧地毯前的男子处原先画了一个小孩（下图），后来被修改成了大人。　

光谱成像仪获取的不再是可见光的图像，而是颜色光谱反射率的信息，所以不会产生普通相机在不同光源照射下呈现相同颜色的色差问题，进而完整且真实地还原色彩与壁画的状态。不仅如此，近红外波段到短波红外波段对颜料有穿透能力，这意味着高光谱成像仪可以透视壁画。