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高光譜成像儀是如何“看出”顏料成分的？

2023-06-21

高光譜成像儀是一種無(wú)損圖像檢測(cè)設(shè)備，在物質(zhì)表面圖像的采集和分析中發(fā)揮著重要作用。高光譜成像儀運(yùn)用到書畫保護(hù)中，可以有效識(shí)別顏料的成分。那么，高光譜成像儀的火眼金睛是如何是如何“看出”顏料成分的呢？

在古代，顏料多以礦物質(zhì)、植物等自然物質(zhì)為主，經(jīng)過(guò)幾千年智慧的積累，同一種顏色可以用不同的物質(zhì)表達(dá)，比如紅色就包括朱砂、赭石、鉛丹等物質(zhì)；黃色則可能是纖鐵礦、密陀僧或雌黃等。

所以即便看到同一種顏色，也無(wú)法立刻判斷到底是哪種物質(zhì)產(chǎn)生的顏色。文保工作者看到壁畫的第一時(shí)間就想知道顏料的成分。因?yàn)楸诋嫷膬r(jià)值體現(xiàn)在表達(dá)內(nèi)容上，顏料又是表達(dá)內(nèi)容最重要的手段之一。

　　既然無(wú)法通過(guò)肉眼觀察得到結(jié)論，那么儀器分析就必不可少。我們一直在嘗試，通過(guò)光學(xué)顯微鏡、X射線熒光、激光拉曼等手段分析，只是精確的儀器往往體積比較龐大，無(wú)法帶到發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)。所以只能從壁畫上刮取樣品帶回去檢驗(yàn)。這樣的取樣化驗(yàn)的方法不可避免會(huì)對(duì)畫作造成損害。

　　高光譜成像儀的出現(xiàn)，讓這些“無(wú)奈”迎刃而解。高光譜成像儀分析顏料成分時(shí)完全不需要刮取顏料，是通過(guò)與壁畫保持一定距離而進(jìn)行非接觸式掃描實(shí)現(xiàn)的。它判斷顏料成分的依據(jù)是不同礦物質(zhì)具有的光譜特征不同。可以說(shuō)，光譜反射率是物質(zhì)的‘指紋’，可以用來(lái)識(shí)別物質(zhì)。而且，相較于精確度與體積無(wú)法“兼得”的大型儀器，高光譜成像儀經(jīng)過(guò)西安光機(jī)所的不懈努力，已經(jīng)可以適應(yīng)較狹窄的場(chǎng)地，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)。這些都為建立顏料庫(kù)提供了基礎(chǔ)。

　　而在此協(xié)議簽訂之前，我國(guó)并沒(méi)有對(duì)古代畫作特別是壁畫的顏料光譜特征開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的研究。因?yàn)榕c其他文物的修復(fù)工作相比，壁畫修復(fù)的工作起步較晚。壁畫的考古發(fā)掘工作從上世紀(jì)五六十年代才開(kāi)始，至今也不過(guò)只有六七十年的時(shí)間。國(guó)內(nèi)開(kāi)展顏料測(cè)定工作時(shí)間更短，所以目前并沒(méi)有系統(tǒng)的顏料資料庫(kù)。

發(fā)現(xiàn)高光譜成像儀可以分辨顏料成分起源于2013年，當(dāng)時(shí)陜西歷史博物館的考古人員正在發(fā)掘唐朝宰相韓休的墓葬。韓休墓的發(fā)現(xiàn)，與一起盜墓案密不可分。

圖為《樂(lè)舞圖》，是韓休墓中的一幅壁畫，左側(cè)地毯前的男子可以隱約發(fā)現(xiàn)改動(dòng)的痕跡（上圖），經(jīng)過(guò)對(duì)高光譜圖像的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，左側(cè)地毯前的男子處原先畫了一個(gè)小孩（下圖），后來(lái)被修改成了大人。　

光譜成像儀獲取的不再是可見(jiàn)光的圖像，而是顏色光譜反射率的信息，所以不會(huì)產(chǎn)生普通相機(jī)在不同光源照射下呈現(xiàn)相同顏色的色差問(wèn)題，進(jìn)而完整且真實(shí)地還原色彩與壁畫的狀態(tài)。不僅如此，近紅外波段到短波紅外波段對(duì)顏料有穿透能力，這意味著高光譜成像儀可以透視壁畫。