文物承载着灿烂文明,是不可再生的宝贵遗产。在文物保护领域,无损/微损检测技术正逐步取代传统的采样分析方法,成为主流方向。传统数码相机仅能采集红、绿、蓝(RGB)三通道信息,难以满足深层检测需求。高光谱成像技术凭借其高光谱分辨率、高检测效率、无损且环境适应性强等优势,正成为文物保护的核心技术之一。
一、技术基石:高光谱成像相机
高光谱成像之所以强大,在于每种物质都具有独特的光谱特征,如同人类的指纹一样。无论是矿物颜料、墨汁还是胶结材料,它们在特定波段的反射和吸收特征各不相同。通过分析这些"光谱指纹",研究人员可以在不接触文物的情况下,准确识别和区分不同的物质。这正是高光谱成像技术能够在文物颜料分析、病害诊断、隐含信息发掘等应用中发挥核心作用的根本原因。
中达瑞和SHIS系列凝视型高光谱相机,为文物研究提供了一种更安全、更精准的解决方案:
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真正实现"无需移动":相机与文物之间无需任何相对运动,通过"凝视"即可完成整个高光谱数据的采集。这从根本上规避了移动文物或安装复杂推扫装置带来的风险,尤其适合对脆弱、珍贵文物的原位、无损检测。
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实现"高图像分辨率":不同于推扫式逐行扫描,凝视型相机对每个波段都进行面阵成像。这使得它能轻松实现2048 x 2046的超高图像分辨率,能够捕捉到文物表面极其细微的结构、纹理和色彩变化,为后续分析提供更丰富、精确的数据。

二、应用案例:石质文物劣化检测
石质文物(如石窟、石碑、摩崖造像)长期暴露于自然环境中,不可避免地受到风化、盐结晶、微生物定植等因素的侵蚀。传统的风化病害评估方法多依赖人工检测,存在周期长、效率低、智能化程度低等问题。
- 砂岩表面强度预测模型的建立
重庆大学研究团队通过对大足石刻砂岩质文物进行高光谱图像采集,分析了砂岩的光谱特征与其表面回弹强度之间的关系。回弹强度测试是常用的无损测试方法,用于评估材料表面的硬度和强度。
该模型能够在不破坏文物表面的前提下,通过高光谱数据实现砂岩表面强度的无损预测,为文物的保护和修复提供了有效的技术支持。

- 典型病害智能识别模型的构建
研究团队通过对大足石刻砂岩质文物的典型病害------剥落、结壳、盐结晶和生物定植------进行光谱特征差异分析,构建了砂岩质文物典型病害智能识别模型。
不同的风化病害往往具有不同的光谱特征,这些特征可以帮助研究人员在不接触文物的情况下,快速、准确地识别文物表面的劣化情况。高光谱图像还能够反演石质文物的表面强度,进一步为文物的保护提供科学依据。

三、更广泛的文物研究与鉴定应用
除了石质文物的"体检",高光谱成像系统在国内外多个文物研究领域均有深入应用。
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颜料成分分析:通过高光谱成像系统对秦始皇兵马俑的头部扫描,分析得出陶土中含有古代使用的颜料成分。法国波尔多大学也曾利用高光谱扫描对壁画中各色素的颜料成分进行分析。
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字迹还原与修复:在故宫城墙的修复中,高光谱成像系统成功还原了城墙表面被清洗掉的字体笔迹,帮助文物工作者按照原样进行修复重建。
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受损文献鉴定:对相互粘连的一本古籍,通过高光谱成像系统成功分析出古籍上粘连部分的字迹。
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古代文字墨迹:西班牙文化遗产学院利用高光谱技术对模糊的手稿进行扫描,清晰看到了墨迹脱落后字体的痕迹。
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底稿修复:古人作画常先以墨线勾勒底稿,后施彩覆盖。高光谱近红外波段能穿透多数矿物颜料,探测到底稿信息,清晰呈现其与最终画面之差异。这有助于深入理解绘画风格与工艺,并为修复时的补绘提供科学参考。

四、结语
高光谱作为新一代无损、无接触的文物检测与分析技术手段,能够准确、系统性地获取文物本体丰富且多维度的物理及化学信息,非常利于文物保护科学方案的制定和风险规避。
从中达瑞和的产品应用来看,其高光谱成像系统在文物数字化存档、文物诊断、文物修复等方面均可发挥重要作用。随着高光谱技术与智能算法的深度融合,文物保护正从"经验主导"走向"数据驱动",从"被动抢救"走向"主动预防"。