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損圖像檢測設(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間就想知道顏料的成分。因為壁畫的價值體現(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。

　　既然無法通過肉眼觀察得到結(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，無法帶到發(fā)掘現(xiàn)場。所以只能從壁畫上刮取樣品帶回去檢驗。這樣的取樣化驗的方法不可避免會對畫作造成損害。

　　高光譜成像儀的出現(xiàn)，讓這些“無奈”迎刃而解。高光譜成像儀分析顏料成分時完全不需要刮取顏料，是通過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，光譜反射率是物質(zhì)的‘指紋’，可以用來識別物質(zhì)。而且，相較于精確度與體積無法“兼得”的大型儀器，高光譜成像儀經(jīng)過西安光機(jī)所的不懈努力，已經(jīng)可以適應(yīng)較狹窄的場地，進(jìn)行現(xiàn)場勘測。這些都為建立顏料庫提供了基礎(chǔ)。

　　而在此協(xié)議簽訂之前，我國并沒有對古代畫作特別是壁畫的顏料光譜特征開展過系統(tǒng)的研究。因為與其他文物的修復(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)五六十年代才開始，至今也不過只有六七十年的時間。國內(nèi)開展顏料測定工作時間更短，所以目前并沒有系統(tǒng)的顏料資料庫。

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)改動的痕跡（上圖），經(jīng)過對高光譜圖像的進(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小孩（下圖），后來被修改成了大人。　

光譜成像儀獲取的不再是可見光的圖像，而是顏色光譜反射率的信息，所以不會產(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顏料有穿透能力，這意味著高光譜成像儀可以透視壁畫。