1.文物保護研究的重要性

中國擁有豐富的文化遺產，承載著悠久的歷史與深厚的文化內涵。文物不僅是歷史的見證，還具有重要的文化、經濟和社會價值。文物保護研究的意義在于傳承歷史文化、促進學科交叉、提升社會經濟發展，并推動國家軟實力的增強。通過文物保護，我們能夠深入理解古代社會、推動文化交流，并為文化旅游業注入新活力。

2.高光譜成像技術的發展

傳統的文物鑒定依賴專家的經驗，雖能提供初步判斷，但存在諸多不足。目視鑒定方法受制于專家經驗，容易出現誤判，且無法有效應對復雜的文物種類和現代仿品。同時，傳統方法缺乏標準化，無法實現統一評估，特別是在受損或修復痕跡難以察覺的情況下。

高光譜成像技術通過獲取不同波段的圖像數據，能夠提供每個像元的詳細光譜信息，支持物理和化學屬性的定量分析。這項技術相比傳統的X射線和拉曼光譜，更加高效、無損，適用于大面積文物分析。在書畫文物保護中，高光譜成像能夠有效辨識顏料成分、檢測修復痕跡及識別隱藏病害，為修復材料的選擇和修復效果評估提供科學依據。

圖1.高光譜相機成像過程

3.高光譜成像技術在文物保護領域應用現狀

隨著高光譜成像系統的發展，高光譜在文物保護方面的應用逐漸增多，并成為一個研究熱點。目前國內外進行了相當多的利用光譜成像技術分析文物的案例。

在文物圖案與隱藏信息提取方面。古畫的隱藏信息是指畫作中不易察覺的微弱信息，例如作畫時的涂抹痕跡、隱藏的文字、底稿、以及后期修復的痕跡等。這些隱藏信息不僅可以反映文物的制作工藝和創作過程，還為深入探究古畫的歷史背景和藝術價值提供重要線索。此外，隱藏信息的提取也為文物的真偽鑒定和修復提供科學依據，成為文物研究中的重要方向之一。

Hou等人提出了一種基于高光譜成像與*大噪聲分數（MNF）變換的古代繪畫污漬虛擬修復方法。該研究的實驗流程如圖2所示，該研究利用高光譜成像技術獲取繪畫數據，通過正向MNF變換集中繪畫主要信息于少數主成分，并確定含污漬成分；再逆向變換剔除這些成分，實現污漬去除。實驗證明，此方法能有效淡化或去除污漬，同時保持非污漬區域信息，*大程度還原畫作原始風貌。

圖2.高光譜成像與MNF變換的古代繪畫污漬虛擬修復方法流程圖

Pan等人提出了一種基于高光譜成像的空間-光譜特征結合方法，用于提取褪色壁畫中的目標圖案。該方法結合輻射校準、主成分分析去噪及歸一化比值指數（NRI）增強光譜特征，通過密度分割與掩模技術分離目標區域。實驗證明，其能高效提取壁畫中幾乎不可見的圖案（圖3），相比傳統方法，操作簡便、客觀無損，適用于明顯光譜特征圖案提取，為壁畫數字化保護與研究提供了技術支持。

圖3.兩個墓區的圖像和提取的圖案

郭新蕾等人以《崇慶皇太后八旬萬壽圖》為研究對象，利用短波紅外（1000~2500 nm）高光譜數據結合多種光譜匹配算法（如光譜角匹配、光譜信息散度）和主成分分析技術，成功實現了顏料成分的精準識別與分布分析，并通過背景剝離增強弱信息，提取了底層涂抹痕跡等隱藏信息。以圖4中人物頭冠為例，圖中所標識的1、2分別為涂抹信息，經過主成分分析可以發現，涂抹痕跡得到了明顯加深，隱藏信息得到了有效提取。結果表明，高光譜技術在顏料混合分析和弱信號增強方面具有顯著優勢。

圖4.《崇慶皇太后八旬萬壽圖》涂改信息提取

Han等人顯示了高光譜成像技術在帆布、墻壁和宣紙古代繪畫研究中的應用和潛力。該文獻提出了一種結合高光譜成像技術和計算機技術對青銅戰車紋樣進行數字虛擬修復的方法，恢復紋樣缺失的邊緣。同時，它還能區分圖案中使用的不同顏料。圖5通過高光譜成像與PCA方法，有效地分辨了圖案中不同的顏色塊、顏料種類及其分布情況，為顏料識別和數字修復提供了科學依據。

圖5.（a）展示了顏料層保存良好的夔龍紋圖案，作為研究對象；（b）通過PCA后的PC1、PC4和PC10波段合成的偽彩色*像。偽彩色*像區分了不同顏料區域，清晰顯示了圖案邊緣與顏色分布差異；（c，d）展示了礦物顏料光譜庫，其中包含不同粒徑的光譜數據；（e，f）展示了夔龍紋圖案中不同顏色塊的光譜曲線。通過對比標準光譜庫，識別了各個區域的顏料成分

在顏料識別與成分分析方面。顏料和成分作為中國畫和古物的物質載體，它的發展變化也流動在五千年文明當中，對顏料與成分的研究與鑒定可以聯系整個世界文明文化的發展與變化，作為文物的年代，產地的參考與佐證，也可以為已經褪色的文物提供修復的可靠的參考信息。

丁新峰等人使用高光譜成像技術對古代的顏料進行無損鑒定研究，使用高光譜照相機采集字畫和壁畫數據，通過構建光譜數據庫和光譜匹配的技術對顏料進行無損鑒定。該研究流程如圖6，首先控制并實驗影響采集質量的因素，總結高光譜照相機采集規范。隨后調研、查閱文獻，收集并整理當代仍在使用的古代顏料光譜。研究顏料光譜特征，分析光譜匹配算法，設計鑒定方法。*后，利用VS和SqlSever設計實現光譜軟件系統，服務于未來顏料鑒定。

圖6.基于高光譜成像技術的文物顏料研究思路

Li等人提出了一種基于自動高光譜掃描系統的非破壞性技術研究方法，應用于中國卷軸畫的技術分析。該系統融合高光譜成像與宏觀X射線熒光技術，深入分析了《巴扎里布達拉羅漢像》，揭示了隱藏底稿、輪廓線及多種顏料成分，如石青、石綠等。該系統在400-2500 nm波段工作，結合FCLS和顏料光譜庫，實現了顏料定量映射（圖7）。該研究為中國卷軸畫的技術分析與保護提供了無損高效的科學支持。

圖7.《巴扎里布達拉羅漢像》中各顏料和元素的分布情況

鞏夢婷等人采用高光譜成像儀對宜賓市博物院藏族譜書畫上11處模糊、局部有脫落的印記進行數據采集和分析處理。通過比對印記光譜與標準顏料庫，確認印記可能含朱砂，激光拉曼光譜儀進一步驗證。光譜圖像經處理增強了族譜印記可讀性，有助于識別印記內容，對研究書寫者、印章使用、收藏信息及文物價值等意義重大。圖8和圖9對比顯示，高光譜圖像的可讀性優于RGB圖像，能辨別模糊印記。

圖8.1號族譜印記

圖9. 2號族譜印記