高光谱成像在艺术品鉴赏中的应用

文物/艺术品是历史和时间的沉淀，更是创作者心神的凝聚，其中信息的透漏不只是浮于表象，画面深层细微处的隐秘信息更具价值，更值得发掘。传统的文物/艺术品鉴赏是依附专家的学识与丰富的经验，但受学术水平的限制及人眼观察的局限性，难免会存在主观臆断、凭空猜测的情况。并且书画中经常出现一些轻淡、隐匿的信息，仅靠人力很难看出其中奥妙，难以充分解读作品。

高光谱成像分析技术具有无损、方便快捷和客观准确的特点，可快速获取文物/艺术品深层次的珍贵信息，凸显作品艺术性。目前该技术已广泛用于文物/艺术品的鉴赏、鉴定和修复工作中。

易科泰光谱成像与无人机遥感技术（西安）研究中心自成立以来专注于光谱成像技术的研发集成及技术推广，凭借多年科研仪器技术研发集成经验，引进国际先进的高光谱成像传感器技术，充分将“图谱合一”、“光谱立方”应用到文物/艺术品鉴赏领域，为该领域提供全面的高光谱成像应用方案。

一、Specim高光谱产品特点

l 灵活多样化选配方案：可选配IQ智能手持式高光谱，或不同波段扫描式高光谱成像系统

l 高信噪比、高稳定性、高分辨率、高推扫成像速度

l 内置程序自动进行黑白参考校准，无需额外手动执行校准命令

l 配备400-2500nm全波段卤素灯，无需更换光源

l 俯视+侧视全方位视角，适合原位测量文物古迹

l 可选配其他高光谱成像仪如SWIR、MWIR、LWIR等

l 可选配超高分辨率RGB成像及颜色分析

二、高光谱成像仪选型

相机型号	IQ	FX10	PFD4K	sCMOS	FX17	SWIR
波段范围（nm）	400-1000				900-1700	1000-2500
光谱分辨率（FWHM）	7nm	5.5nm	3.0nm	2.9nm	8nm	12nm
波段	204	224	768	946	224	288
空间分辨率 （像素）	512	1024	1775	2184	640	384
光圈值	F/1.7	F/1.7	F/2.4	F/2.4	F/1.7	F/2.0
信噪比	＞400:1	600:1			1000:1	1050:1
帧频	内置推扫	330	100	100	670	450
重量	1.3kg	1.26kg	2.7kg	＞2.0kg	1.56kg	＞14kg

三、艺术/文博应用案例

如下为我中心利用光谱成像技术对中国绘画作品进行鉴赏分析，从凸显颜色分布、解析绘画技法、提取隐秘信息等方面，充分展示了高光谱成像技术在艺术、文博领域的应用优势。

（1）高光谱技术凸显颜色分布

中国书画有粗狂写意，也有细致入微，但是无论哪种风格，走笔或浓或淡、或湿或干必留痕迹。毛笔的走向和力度大小是表达画家情感的重要方式，学习和分析一位画家的风格流派，笔墨技法是重中之重。

如上左图为RGB图像，画面清新淡雅，纸的质感与笔墨的空灵致使无法直观的看到画面中局部用笔用色，经过PCA处理以后（上右图），可以清晰的看到左下角石头的用笔方向，笔触微弱处的笔法和同一种颜料的使用情况也一目了然。结合两处光谱曲线比对以及混合颜料的光谱特征还能确定A、B为同一种颜料绘制，但B的底层涂有淡墨，吸收了部分光谱，因此其光谱反射较低。

（2）高光谱技术快速解析绘画技法

多数观者可能会有这样的感受，一些绘画作品视觉感受很好，但又说不出好在哪里。一幅作品的好与不好，除了构图和色彩等因素以外，还体现在绘画技法上。

上左图是一幅花鸟画作品的局部，通过高光谱成像及SAM分类后可以看到，分类图（上右图）中的叶片边缘跟里面是不一样的，根据颜料的光谱反射特性和中国画绘画特点，推断此处是在三绿上面覆盖赭石，ZH又覆盖三绿的混合结果，这一深藏不漏的绘画方式很大程度上丰富了视觉层次感。

（3）高光谱技术清晰展现笔墨轨迹

好的艺术品往往不流于表象，更注重深层不易被发现却又真实存在的细节，这也是防止作品被伪造的方式之一。

上面佛教绘画中菩萨背光处在RGB图像（左图）中感觉沉静而不刻板、匀净而不失变化，但是画面中笔的运行痕迹并不明显，利用MNF处理分析以后（右图），可以直观的看到画家烙印在纸张上的笔墨痕迹，可以更加清晰的看到笔在纸上运行的轨迹。

绘画作品的鉴赏解读是了解作品、学习绘画不可或缺的一部分，高光谱成像技术可以直观的展现绘画作品中的细微隐秘之处，让解读绘画作品变得更加容易，使得探究中国古代经典绘画的笔墨技法这一难题迎刃而解。