數字和光學成像等技術提升文物保護水平

近日，在西安明城墻和平門外側環城公園里的一塊開闊地帶，西安建筑科技大學王慧琴教授團隊的師生正操控著無人機，按照預先劃分好的區塊，給城墻密密實實的做“體檢”。

這項工作他們已經持續了好幾個月。這些數以千計的影像資料數據庫，將為后期城墻病害的預防和處置提供重要依據。

2023年，該創新團隊在天津薊州獨樂寺壁畫保護修復項目中已取得了顯著成果。獨樂寺壁畫作為擁有千年歷史的藝術瑰寶，長期面臨著色彩褪色、細節模糊等保護難題。面對這一挑戰，王慧琴團隊將這一珍貴壁畫完整地數字化并“搬”進電腦中，他們設計了一套詳盡的數字攝影采集方案，并運用多光譜成像設備進行了高精度拍攝。通過圖像配準技術和深度學習算法，解決了上千幅分鏡頭成像數據的拼接問題，實現了大尺度壁畫的高精度數字化。同時成功實現了對壁畫顏料種類、病害情況以及隱藏歷史信息的精確識別，為壁畫的保護和修復提供了科學依據。

 壁畫多光譜成像場景。

 獨樂寺東墻原始壁畫。

                                                獨樂寺東墻壁畫分鏡頭。

獨樂寺東墻壁畫近紅外多光譜成像數據。

在壁畫多光譜圖像數據的完整性得到保障的基礎上，該團隊進一步開展了文物線稿提取、隱藏信息發現等研究工作。通過多光譜成像技術，團隊成功完成了線稿虛擬提取并獲取了壁畫顏料在不同波段下的光譜信息。這些信息不僅揭示了中國古代壁畫繪畫技法風格，還快速識別出了部分古代彩繪文物常用顏料，為獨樂寺壁畫及觀音保護修復工程提供了有力支持。

獨樂寺南墻壁畫全幅顏料分類識別效果。圖片均由研究團隊提供

近年來，王慧琴教授團隊在文物檢測分析、保護修復等方面成效顯著。團隊聯合中國社科院考古所、陜西省文物保護研究院等專業單位，編寫了《館藏墓室壁畫數字修復技術》等著作，并申請了20余項專利。同時，該團隊還參與了多項國家級文物保護項目，如漢長安城未央宮出土骨簽的整理與研究、石窟文物本體風化病害評估系統及保護技術研究等，為文物保護提供了重要的科學依據。

據介紹，他們還將在文物智能探測與無人巡檢方向開展研究，逐步實現文物的多維、多元信息組織、知識發現與認知驅動，最終完成數字化保護從同平臺到多平臺技術的跨越，提升國家文物保護、展示與利用的重大需求。