導讀

歷經(jīng)歲月的文物與藝術(shù)品的避免不了失真的遺憾，而高光譜技術(shù)恰巧能夠揭示表象下的深層信息。友思特新品 MUSES 9系列光譜相機，其高空間分辨率與超寬光譜范圍的優(yōu)勢特征，幫助解密古文物與藝術(shù)品隱藏的歷史真相。

探索文物與字畫的深層信息

藝術(shù)史學家、博物館館長、鑒定師和修復師對顏料、活頁夾、清漆和底圖的鑒定非常關注。通過評估藝術(shù)品的結(jié)構(gòu)/構(gòu)圖特征，可以獲取有關年代、出處、鑒定和保護行動的關鍵信息，為整個人類歷史、人文以及藝術(shù)方向提供更多強有力的證據(jù)。揭示豐富的藝術(shù)、文化和歷史信息（通常包含在藝術(shù)作品中）需要各種分析技術(shù)，這些分析技術(shù)在不給文物帶來任何宏觀或潛在危害的前提下, 分析文物的組成和結(jié)構(gòu)、研究文物腐蝕老化的機理, 獲得與文物產(chǎn)地、制作年代與工藝、存在病害等有關信息。

在文物研究和修復保護中，需要透過表面觀察文物內(nèi)部或表面的影像信息，越來越多的現(xiàn)代工業(yè)手段則被引入文物的觀察環(huán)節(jié)。

多種修復研究技術(shù)及其局限

X光照相技術(shù)是通過物質(zhì)對X光吸收的不同, 而顯示出不同黑白對比的照片，通過對X光片的分析可以反映文物內(nèi)部的信息, 如破損程度、修復狀況和文字紋飾等。X光照相技術(shù)應用于文物種類較廣且方法操作簡便，無需制樣, 測試結(jié)果清晰易懂。因測試儀器樣品倉的大小局限，大型文物較難進行測試。

紅外成像技術(shù)是通過攝取目標物體表面的紅外輻射能，并將其轉(zhuǎn)換成形象直觀的熱圖像(灰度圖或彩色圖), 這一圖像可有效反應被測物體的狀況。紅外熱成像技術(shù)對文物保存狀況的分析檢測具有重要意義, 如彩繪泥塑、石窟、土遺址等。紅外成像技術(shù)不隨周圍光照條件的變化而變化, 因此可以實現(xiàn)24小時的長期測控, 同時測試無需接觸文物, 使得一些保存狀況較差、不可移動文物可以通過此技術(shù)了解其內(nèi)部信息, 但是它無法實現(xiàn)較遠距離的測試。

圖2. 友思特 InGaAs 短波紅外相機

光學顯微鏡以可見光作為光源, 在待測物表面形成局部散射或反射而形成不同的對比, 再經(jīng)凸透鏡將其放大成像, 以提取樣品的微細結(jié)構(gòu)信息，特別是金相顯微鏡在古代金屬文物制作工藝研究方面具有重要的使用價值。

當然，還有CT技術(shù)、X射線熒光光譜分析等技術(shù)方案，可以對外觀、以及化學成分組成、微觀形貌等做更多檢測。然而，所有這些儀器/技術(shù)都還需要更多發(fā)展，比如需要能夠現(xiàn)場應用（壁畫等藝術(shù)品無法轉(zhuǎn)移到實驗室），盡可能減少對操作人員和藝術(shù)品的破壞性，以及減少所涉及的高人工消耗。

友思特光譜成像技術(shù)：MUSES9相機系統(tǒng)

光譜成像技術(shù)是以物體對不同波長光線的吸收存在差異為原理, 將光譜分析技術(shù)與光學成像技術(shù)完美結(jié)合而成的新型成像技術(shù), 它不僅可以實現(xiàn)光譜分析技術(shù)的定性定量分析功能, 還可以通過光學成像技術(shù), 獲取更準確直觀的目標物體分布圖, 為分析、 監(jiān)控、 測量等應用提供更為精準的資料信息。

圖3. 光譜成像技術(shù)

光譜成像技術(shù)不僅可以獲取文物的目標物體分布圖, 還可以對文物進行定性定量分析檢測, 實現(xiàn)了影像分析和化學組成分析的雙結(jié)合。另外，目前很多光譜成像產(chǎn)品也有推出在線操作的手持版本，更有利于考古現(xiàn)場的應用。

友思特 MUSES9 相機系統(tǒng)在一個可現(xiàn)場部署的光譜相機系統(tǒng)中集成并全面推進了一長串成像和光譜儀器和技術(shù)。

圖4. 友思特 MUSES9 相機系列

MUSES9 相機系列將多種成像和分析技術(shù)集成到一臺經(jīng)濟實惠的便攜式相機中，大大提高了診斷和記錄功能。

在這之中，MUSE9-SnS 帶有集成照明系統(tǒng)，與平板電腦連接。平板電腦安裝在可穿戴支架上，相機由 PC 的電池供電，支持4小時自主操作。

通過在從 UV 到 IR 的超寬光譜范圍內(nèi)進行光譜成像，MUSE9 系列光譜相機實現(xiàn)了不可見特征的實時可視化?；?a target="_blank">嵌入式機器學習算法，還可以實現(xiàn)更多材料識別和光譜/成分特征可視化。光譜相機是在線實現(xiàn)文物保護/修復任務的寶貴工具，通過早期發(fā)現(xiàn)無形的惡化和減少侵入性診斷干預，為保護我們的文化遺產(chǎn)做出突出貢獻。

應用案例

MUSES9 光譜相機的8項功能以及在考古領域的具體應用案例：

1.成像光譜儀

二維光譜、基于光譜學的驗證、檢測已刪除或被顏料覆蓋的手稿。

圖5. 使用 MUSES9-HS對 El Greco 繪畫進行光譜分析 圖6. 使用 MUSES9-HS對繪畫進行光譜分析

2.近紅外攝像頭

用于底圖、裂縫、Pentimenti 等的成像、材料標識。

3.拓展到1700nm的紅外范圍

更深底圖的成像、壁畫分析。

圖7. Muses-MS紅外圖像還原被毀壞的拜占庭圖像 圖8. MUSES9-HS 揭示了看不見的舊字體（底部水平處）：“Porphyrogennetus”

4.偽彩色紅外攝像機

用于融合可見光-紅外成像、區(qū)分顏色相似但成分不同的顏料。

5.成像比色法

確保原始顏料和修復顏料之間的顏色匹配、校準的彩色攝影，用于準確記錄。

6.紫外線反射相機

用于可視化表面特征、粗糙度、畫筆筆觸等、識別清漆和其他涂層、涂層去除的在線控制。

7.紫外熒光相機

用于結(jié)合介質(zhì)、涂層等的成像、檢測修飾、保護干預、評估藝術(shù)品的自然狀況。

圖9.?熒光成像結(jié)合了埃爾·格列柯 （El Greco） 的阿西西圣弗朗西斯 （St Francis of Assisi） 的光譜圖像，揭示了無形的保護干預措施

8.機器學習驅(qū)動的光譜成像

λambda3+機器學習/基于 AI 的軟件平臺、將高光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為合成圖、可訓練以檢測/識別結(jié)構(gòu)特征、圖像分析工具。

友思特 Muses9 光譜相機系列

MUSES9-HS

MUSES9-HS 是一款基于全幀可調(diào)濾光片的高光譜相機，提供卓越的光通量 (94%) 和調(diào)諧范圍 (370-1000nm)。在幾十秒內(nèi)，MUSE9-HS 會自動采集一個超立方體圖像堆棧，其中包含多達 126 張（可擴展至 315 張）清晰聚焦的 640 萬像素光譜圖像，總共包含 640 萬個光譜。

MUSES9-MS

MUSES9-MS 光譜相機滿足了結(jié)合 UV-VIS-NIR-SWIR 的超寬光譜信息，是一款一體式的雙傳感器光譜相機，可在 365-1700nm 光譜范圍內(nèi)運行。它有效地滿足了對集成、體積、重量和低價的需求，從而能夠?qū)λ@的信息豐富的數(shù)據(jù)集直接進行比較分析。

MUSES9-SnS

MUSES9-SnS 是一款 6.4MP 快照、手持式、平板電腦操作的光譜成像儀，波長范圍為 370-1000nm。具備 3096×2080 像素的超高空間分辨率，同時并排顯示多達 24 個光譜圖像、光譜分類和植被指數(shù)圖，全部以視頻刷新率顯示。支持漫反射和熒光成像，并適應戶外操作環(huán)境。SnS 包含手持式、臺式、以及適合無人機集成版本。

λambda3+軟件

λambda3+軟件套件是一個機器學習平臺，利用所有 MUSES9 產(chǎn)品變體生成的多/高光譜數(shù)據(jù)。該平臺支持通過可定制的訓練樣本進行光譜標記，從而在目標對象中生成光譜和材料識別圖。

【參考文獻】

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Costas Balas et al “A Novel Hyper-Spectral Imaging Apparatus for the Non-Destructive Analysis of Objects of Artistic and Historic Value” Journal of Cultural Heritage 4 (2003) 330s-337s.

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審核編輯 黃宇