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文物科学应用中的ClydeHSI 高光谱成像系统实例与案例研究(二)

来源:青岛森泉光电有限公司 更新时间:2026-01-15 14:30:26 阅读量:25
导读:Croatiae, Carniae, Istriae, Bosniae MapClydeHSI在古籍、地图及手
Croatiae, Carniae, Istriae, Bosniae Map
ClydeHSI在古籍、地图及手稿的检测分析领域同样拥有丰富经验。该图是通过 VNIR-HR 相机采集的欧洲巴尔干地区地图高光谱图像示例。
  • 空间分辨率

再次见证了该系统卓越的空间分辨率性能—— 右侧文本周围的单个墨点都能被清晰捕捉。
  • 主成分分析

随后,可利用采集到的光谱数据,生成该地图创作过程中所使用的各类墨水分布的精细化化学分布图。

手稿—— 可见-近红外波段RGB图像

ClydeHSI还对历史手稿开展了大量检测分析工作。如图是一份伊斯兰手稿的案例—— 该手稿中既包含模糊不清的文本,也存在被后期覆写、从而完全不可见的文本。
  • 手稿--主成分分析化学分布图

然而,通过解析每种墨水的光谱特征,能够快速处理图像,显著提升两类文本的可读性。借助主成分分析(PCA)算法,可为不同类型的墨水分别建立识别掩码,进而实现两类文本的精准区分 —— 让从事相关研究的学者能够更清晰地读取每一部分文本信息。

化“不可读” 为 “可读”

另一个通过技术提升模糊文本可读性的现代案例,来自对一份西班牙报纸的研究。如图所示,报纸上的文本因严重沾染污渍并伴随破损,肉眼完全无法辨识。但在近红外波段下,遮挡文本的污渍与破损区域会变得透明—— 借助ClydeHSI的系统,研究人员可在更长波长范围内观测到清晰无遮挡的文本。

斯洛文尼亚蜂箱嵌板:RGB图像

本研究的对象是一块斯洛文尼亚蜂箱嵌板—— 这件文物采用多种颜料装饰,并覆盖有多层蜂蜡作为保护。
  • 2371 nm波段 普鲁士蓝分布图

通过解析普鲁士蓝颜料的光谱响应特性,借助系统为该材质建立了精准的标准参考光谱。随后,在使用同一系统扫描蜂箱嵌板时,可利用该参考光谱生成普鲁士蓝在整件文物上的浓度分布图。分析结果以热图形式呈现,直观展示了该颜料的分布范围与浓度差异。
  • 1650-1750 nm波段 达玛树脂分布图

ClydeHSI采用相同的分析方法,对达玛树脂(一种天然树木树脂,19 世纪前常被用作画作清漆)在这件文物上的分布与浓度进行了检测。

汉普顿宫的《The Abraham Tapestries》

由亨利八世于16 世纪 40 年代委托定制,在当时欧洲领先的挂毯制作中心 —— 布鲁塞尔织造而成。挂毯以亚伯拉罕的生平事迹为主题,采用丝绸、羊毛织成,并缀有大量金银丝线,是都铎王朝时期收购的最昂贵艺术品之一。这些挂毯曾在重大国事活动中展出,作为极具影响力的视觉宣传载体,将室内空间转变为彰显王室财富、宗教虔诚与政治权力的象征。如今,它们被公认为英国现存最精湛的文艺复兴时期挂毯藏品,也是都铎王朝艺术赞助制度的核心典范,现永久陈列于英国萨里郡汉普顿宫内。
汉普顿宫多年来一直是ClydeHSI的客户。2022 年,协助其在宫殿大宴会厅内完成了《亚伯拉罕挂毯》的扫描工作。由于挂毯数百年来几乎持续处于陈列状态,受环境因素影响显著,已出现褪色及其他损伤。因此,该研究项目的核心目标是:厘清挂毯的长期老化降解机制,并最终通过数字化技术还原其 16 世纪 40 年代初制时的原始风貌。
  • 高光谱图像采集

ClydeHSI采用 SC-XY-1500 扫描系统,在可见 - 近红外至近红外波段对挂毯的多个 1.5 米 ×1.5 米区域 进行了扫描。上图为采集到的高光谱图像示例 —— 得益于 250 微米 / 像素的高空间分辨率,图像中可清晰观测到极为精细的细节。
每个数据集由约15 次小范围采集数据组成,通过我们的专用软件 自动拼接融合 生成最终的 “超高清图像”,即呈现的图像效果。单个 1.5 米 ×1.5 米区域的采集时间约为 10 分钟,该时长已包含数据校正与拼接融合的耗时。
  • 参考数据集

下一步工作是建立一套可靠的光谱数据库—— 涵盖 16 世纪挂毯制作中常用的已知染料与媒染剂,从而借助ClydeHSI的 spectraSENS 软件,通过光谱角匹配(SAM)算法实现对染料的精准无损识别。
为达成这一目标,ClydeHSI选取了 MODHT 项目中的 42 个羊毛与丝绸样本,采用有文献记载的 16 世纪染色配方进行染色处理。这些样本涵盖了多种天然染料:苏木、茜草、胭脂虫红、黄木犀草、染料木、菘蓝,以及通过混合染色制成的绿色染料;同时纳入了多种媒染剂(明矾、五倍子、硫酸铁、硫酸铜、桤木皮),并包含碱液处理、染料浓度等变量条件。所有样本均采用与挂毯扫描相同的 ClydeHSI 可见 - 近红外及近红外系统配置完成扫描。
经白板/ 黑板参考校准后,提取了样本的反射光谱数据,并为每条光谱赋予元数据标签:染料种类、媒染剂类型、纤维材质、染色顺序,以及指定的 “端元”标识。最终形成了一套涵盖真实历史染色工艺的综合光谱指纹库,为后续挂毯的染料分析工作提供了核心参考依据。

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