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文物科學(xué)應(yīng)用中的ClydeHSI 高光譜成像系統(tǒng)實(shí)例與案例研究（二）

來(lái)源：青島森泉光電有限公司 更新時(shí)間：2026-01-15 14:30:26 閱讀量：71
導(dǎo)讀：Croatiae, Carniae, Istriae, Bosniae MapClydeHSI在古籍、地圖及手
Croatiae, Carniae, Istriae, Bosniae Map
ClydeHSI在古籍、地圖及手稿的檢測(cè)分析領(lǐng)域同樣擁有豐富經(jīng)驗(yàn)。該圖是通過(guò) VNIR-HR 相機(jī)采集的歐洲巴爾干地區(qū)地圖高光譜圖像示例。

  • 空間分辨率

再次見(jiàn)證了該系統(tǒng)卓越的空間分辨率性能—— 右側(cè)文本周?chē)膯蝹€(gè)墨點(diǎn)都能被清晰捕捉。

  • 主成分分析

隨后，可利用采集到的光譜數(shù)據(jù)，生成該地圖創(chuàng)作過(guò)程中所使用的各類(lèi)墨水分布的精細(xì)化化學(xué)分布圖。

手稿—— 可見(jiàn)-近紅外波段RGB圖像

ClydeHSI還對(duì)歷史手稿開(kāi)展了大量檢測(cè)分析工作。如圖是一份伊斯蘭手稿的案例—— 該手稿中既包含模糊不清的文本，也存在被后期覆寫(xiě)、從而完全不可見(jiàn)的文本。

  • 手稿--主成分分析化學(xué)分布圖

然而，通過(guò)解析每種墨水的光譜特征，能夠快速處理圖像，顯著提升兩類(lèi)文本的可讀性。借助主成分分析（PCA）算法，可為不同類(lèi)型的墨水分別建立識(shí)別掩碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩類(lèi)文本的精準(zhǔn)區(qū)分 —— 讓從事相關(guān)研究的學(xué)者能夠更清晰地讀取每一部分文本信息。

化“不可讀” 為 “可讀”

另一個(gè)通過(guò)技術(shù)提升模糊文本可讀性的現(xiàn)代案例，來(lái)自對(duì)一份西班牙報(bào)紙的研究。如圖所示，報(bào)紙上的文本因嚴(yán)重沾染污漬并伴隨破損，肉眼完全無(wú)法辨識(shí)。但在近紅外波段下，遮擋文本的污漬與破損區(qū)域會(huì)變得透明—— 借助ClydeHSI的系統(tǒng)，研究人員可在更長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)觀測(cè)到清晰無(wú)遮擋的文本。

斯洛文尼亞蜂箱嵌板：RGB圖像

本研究的對(duì)象是一塊斯洛文尼亞蜂箱嵌板—— 這件文物采用多種顏料裝飾，并覆蓋有多層蜂蠟作為保護(hù)。

  • 2371 nm波段 普魯士藍(lán)分布圖

通過(guò)解析普魯士藍(lán)顏料的光譜響應(yīng)特性，借助系統(tǒng)為該材質(zhì)建立了精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)參考光譜。隨后，在使用同一系統(tǒng)掃描蜂箱嵌板時(shí)，可利用該參考光譜生成普魯士藍(lán)在整件文物上的濃度分布圖。分析結(jié)果以熱圖形式呈現(xiàn)，直觀展示了該顏料的分布范圍與濃度差異。

  • 1650-1750 nm波段 達(dá)瑪樹(shù)脂分布圖

ClydeHSI采用相同的分析方法，對(duì)達(dá)瑪樹(shù)脂（一種天然樹(shù)木樹(shù)脂，19 世紀(jì)前常被用作畫(huà)作清漆）在這件文物上的分布與濃度進(jìn)行了檢測(cè)。

漢普頓宮的《The Abraham Tapestries》

由亨利八世于16 世紀(jì) 40 年代委托定制，在當(dāng)時(shí)歐洲領(lǐng)先的掛毯制作中心 —— 布魯塞爾織造而成。掛毯以亞伯拉罕的生平事跡為主題，采用絲綢、羊毛織成，并綴有大量金銀絲線，是都鐸王朝時(shí)期收購(gòu)的最昂貴藝術(shù)品之一。這些掛毯曾在重大國(guó)事活動(dòng)中展出，作為極具影響力的視覺(jué)宣傳載體，將室內(nèi)空間轉(zhuǎn)變?yōu)檎蔑@王室財(cái)富、宗教虔誠(chéng)與政治權(quán)力的象征。如今，它們被公認(rèn)為英國(guó)現(xiàn)存最精湛的文藝復(fù)興時(shí)期掛毯藏品，也是都鐸王朝藝術(shù)贊助制度的核心典范，現(xiàn)永久陳列于英國(guó)薩里郡漢普頓宮內(nèi)。
漢普頓宮多年來(lái)一直是ClydeHSI的客戶(hù)。2022 年，協(xié)助其在宮殿大宴會(huì)廳內(nèi)完成了《亞伯拉罕掛毯》的掃描工作。由于掛毯數(shù)百年來(lái)幾乎持續(xù)處于陳列狀態(tài)，受環(huán)境因素影響顯著，已出現(xiàn)褪色及其他損傷。因此，該研究項(xiàng)目的核心目標(biāo)是：厘清掛毯的長(zhǎng)期老化降解機(jī)制，并最終通過(guò)數(shù)字化技術(shù)還原其 16 世紀(jì) 40 年代初制時(shí)的原始風(fēng)貌。

  • 高光譜圖像采集

ClydeHSI采用 SC-XY-1500 掃描系統(tǒng)，在可見(jiàn) - 近紅外至近紅外波段對(duì)掛毯的多個(gè) 1.5 米 ×1.5 米區(qū)域 進(jìn)行了掃描。上圖為采集到的高光譜圖像示例 —— 得益于 250 微米 / 像素的高空間分辨率，圖像中可清晰觀測(cè)到極為精細(xì)的細(xì)節(jié)。
每個(gè)數(shù)據(jù)集由約15 次小范圍采集數(shù)據(jù)組成，通過(guò)我們的專(zhuān)用軟件 自動(dòng)拼接融合 生成最終的 “超高清圖像”，即呈現(xiàn)的圖像效果。單個(gè) 1.5 米 ×1.5 米區(qū)域的采集時(shí)間約為 10 分鐘，該時(shí)長(zhǎng)已包含數(shù)據(jù)校正與拼接融合的耗時(shí)。

  • 參考數(shù)據(jù)集

下一步工作是建立一套可靠的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)—— 涵蓋 16 世紀(jì)掛毯制作中常用的已知染料與媒染劑，從而借助ClydeHSI的 spectraSENS 軟件，通過(guò)光譜角匹配（SAM）算法實(shí)現(xiàn)對(duì)染料的精準(zhǔn)無(wú)損識(shí)別。
為達(dá)成這一目標(biāo)，ClydeHSI選取了 MODHT 項(xiàng)目中的 42 個(gè)羊毛與絲綢樣本，采用有文獻(xiàn)記載的 16 世紀(jì)染色配方進(jìn)行染色處理。這些樣本涵蓋了多種天然染料：蘇木、茜草、胭脂蟲(chóng)紅、黃木犀草、染料木、菘藍(lán)，以及通過(guò)混合染色制成的綠色染料；同時(shí)納入了多種媒染劑（明礬、五倍子、硫酸鐵、硫酸銅、榿木皮），并包含堿液處理、染料濃度等變量條件。所有樣本均采用與掛毯掃描相同的 ClydeHSI 可見(jiàn) - 近紅外及近紅外系統(tǒng)配置完成掃描。
經(jīng)白板/ 黑板參考校準(zhǔn)后，提取了樣本的反射光譜數(shù)據(jù)，并為每條光譜賦予元數(shù)據(jù)標(biāo)簽：染料種類(lèi)、媒染劑類(lèi)型、纖維材質(zhì)、染色順序，以及指定的 “端元”標(biāo)識(shí)。最終形成了一套涵蓋真實(shí)歷史染色工藝的綜合光譜指紋庫(kù)，為后續(xù)掛毯的染料分析工作提供了核心參考依據(jù)。

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