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高光譜成像在藝術品鑒賞中的應用
發布時間： 2019-11-05 點擊次數： 2489次文物/藝術品是歷史和時間的沉淀，更是創作者心神的凝聚，其中信息的透漏不只是浮于表象，畫面深層細微處的隱秘信息更具價值，更值得發掘。傳統的文物/藝術品鑒賞是依附專家的學識與豐富的經驗，但受學術水平的限制及人眼觀察的局限性，難免會存在主觀臆斷、憑空猜測的情況。并且書畫中經常出現一些輕淡、隱匿的信息，僅靠人力很難看出其中奧妙，難以充分解讀作品。
高光譜成像分析技術具有無損、方便快捷和客觀準確的特點，可快速獲取文物/藝術品深層次的珍貴信息，凸顯作品藝術性。目前該技術已廣泛用于文物/藝術品的鑒賞、鑒定和修復工作中。
易科泰光譜成像與無人機遙感技術（西安）研究中心自成立以來專注于光譜成像技術的研發集成及技術推廣，憑借多年科研儀器技術研發集成經驗，引進非常先進的高光譜成像傳感器技術，充分將“圖譜合一”、“光譜立方”應用到文物/藝術品鑒賞領域，為該領域提供全面的高光譜成像應用方案。
一、Specim高光譜產品特點
- 靈活多樣化選配方案：可選配IQ智能手持式高光譜，或不同波段掃描式高光譜成像系統
- 高信噪比、高穩定性、高分辨率、高推掃成像速度
- 內置程序自動進行黑白參考校準，無需額外手動執行校準命令
- 配備400-2500nm全波段鹵素燈，無需更換光源
- 俯視+側視視角，適合原位測量文物古跡
- 可選配其他高光譜成像儀如SWIR、MWIR、LWIR等
- 可選配超高分辨率RGB成像及顏色分析
二、高光譜成像儀選型
相機型號
IQ
FX10
PFD4K
sCMOS
FX17
SWIR
波段范圍（nm）
400-1000
900-1700
1000-2500
光譜分辨率（FWHM）
7nm
5.5nm
3.0nm
2.9nm
8nm
12nm
波段
204
224
768
946
224
288
空間分辨率
（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
幀頻
內置推掃
330
100
100
670
450
重量
1.3kg
1.26kg
2.7kg
＞2.0kg
1.56kg
＞14kg
三、藝術/文博應用案例
如下為我中心利用光譜成像技術對中國繪畫作品進行鑒賞分析，從凸顯顏色分布、解析繪畫技法、提取隱秘信息等方面，充分展示了高光譜成像技術在藝術、文博領域的應用優勢。
（1）高光譜技術凸顯顏色分布
中國書畫有粗狂寫意，也有細致入微，但是無論哪種風格，走筆或濃或淡、或濕或干必留痕跡。毛筆的走向和力度大小是表達畫家情感的重要方式，學習和分析一位畫家的風格流派，筆墨技法是重中之重。
如上左圖為RGB圖像，畫面清新淡雅，紙的質感與筆墨的空靈致使無法直觀的看到畫面中局部用筆用色，經過PCA處理以后（上右圖），可以清晰的看到左下角石頭的用筆方向，筆觸微弱處的筆法和同一種顏料的使用情況也一目了然。結合兩處光譜曲線比對以及混合顏料的光譜特征還能確定A、B為同一種顏料繪制，但B的底層涂有淡墨，吸收了部分光譜，因此其光譜反射較低。
（2）高光譜技術快速解析繪畫技法
多數觀者可能會有這樣的感受，一些繪畫作品視覺感受很好，但又說不出好在哪里。一幅作品的好與不好，除了構圖和色彩等因素以外，還體現在繪畫技法上。
上左圖是一幅花鳥畫作品的局部，通過高光譜成像及SAM分類后可以看到，分類圖（上右圖）中的葉片邊緣跟里面是不一樣的，根據顏料的光譜反射特性和中國畫繪畫特點，推斷此處是在三綠上面覆蓋赭石，后又覆蓋三綠的混合結果，這一深藏不漏的繪畫方式很大程度上豐富了視覺層次感。
（3）高光譜技術清晰展現筆墨軌跡
好的藝術品往往不流于表象，更注重深層不易被發現卻又真實存在的細節，這也是防止作品被偽造的方式之一。
上面佛教繪畫中菩薩背光處在RGB圖像（左圖）中感覺沉靜而不刻板、勻凈而不失變化，但是畫面中筆的運行痕跡并不明顯，利用MNF處理分析以后（右圖），可以直觀的看到畫家烙印在紙張上的筆墨痕跡，可以更加清晰的看到筆在紙上運行的軌跡。
繪畫作品的鑒賞解讀是了解作品、學習繪畫*的一部分，高光譜成像技術可以直觀的展現繪畫作品中的細微隱秘之處，讓解讀繪畫作品變得更加容易，使得探究中國古代經典繪畫的筆墨技法這一難題迎刃而解。