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給文物“拍CT”的人

走近西安光機所文化光譜研究團隊

發表日期:2021-09-06霍強來源:陝西日報放大 縮小

 

西安光机所文化光谱研究团队的科研人员在三星堆考古现场进行高光谱数据采集。 照片由受访者提供  

  “沉睡三千年,再醒惊天下。”今年3月,一次性“上新” 500余件重要文物的三星堆遗址再次吸引了世人的关注。

  “我們參與了此次三星堆遺址發掘前的高光譜需求調研和考古專用高光譜成像掃描系統研制、發掘過程中的坑內文物及填土層的連續光譜數據采集、出土文物第一時間光譜成像采集等工作,並配合考古發掘、文物保護與修複部門,開展多應用需求下的研究工作,助力三星堆遺址考古取得新進展。”8月25日,西安光機所光譜成像技術實驗室文化光譜研究團隊成員、助理研究員唐興佳向記者介紹。

  截至目前,團隊已獲得3號坑坑內紅外高光譜數據、4號坑坑內分層掃描高光譜數據、出土金面具的5號坑坑內紅外高光譜數據、6號坑木匣紅外高光譜數據以及8號坑土壤斷層紅外高光譜數據等,並得到初步的數據分析結果。“我們獲取的唯一高光譜成像數據及相關分析結果,爲考古人員研究三星堆遺址祭祀坑形成過程以及對不同文物的保護與修複提供了重要數據和技術支撐。”唐興佳說。

  西安光機所文化光譜研究團隊在考古與文物保護相關數字化技術研究領域積澱頗深,除了用于三星堆考古的原位高光譜掃描成像技術,還開展了針對書畫藝術品鑒定的高清高光譜采集分析系統研究、針對唐墓壁畫保護與修複的高光譜采集分析系統研究等工作。

  我在三星堆“修”文物

  “2020年11月底,團隊接到四川相關單位的邀請,參與三星堆遺址考古工作。但是時間很緊張,要在1周內完成系統的定制化設計、安裝、調試工作。”唐興佳說,“我們用1天時間進行了考古發掘現場的勘察和需求采集,連夜返回西安,對高光譜成像掃描系統進行設計。隨後,我們將設備所用組件郵寄到四川考古現場進行現場組裝調試,克服了時間緊的困難,通過連續多天的連夜工作,趕在規定期限內順利完成了安裝和調試。”

  唐興佳介紹,西安光機所文化光譜研究團隊爲三星堆考古專門研制了低照度考古高光譜成像掃描系統,可實現對坑內文物的原位低照度連續高光譜成像掃描。

  “不同物質吸收光和反射光的強度不同,所以不同物質會呈現出各自獨特的光譜特征,系統對遺迹表面不同物質産生的不同特征的肉眼不可見或不可辨光譜信息進行捕捉,並用圖譜指紋加以區分,顯示在電腦屏幕上,這樣遺迹表面上不同物質的分布情況就一目了然。”唐興佳說。

  借助高光譜成像掃描系統,研究人員可以對三星堆考古現場的文物進行原位連續掃描探測,就像給文物做CT一樣,通過材質分類,對金器、象牙等文物的分布狀態進行記錄,拿到第一手數據,建立文物圖譜數據庫,爲後期文物修複與保護提供幫助。同時,利用圖像增強、拓撲建模等技術,研究人員還能對文物進行深入研究,從考古角度出發,挖掘其背後的故事。

  “以4號祭祀坑爲例,最上面一層是燃燒的灰燼層,灰燼層下面有文物。通過光譜成像技術對灰燼層進行研究,研究人員可以分析出灰燼是燃燒後倒進去的,還是直接在坑內燃燒形成的,這對了解古人祭祀的行爲特征具有重要意義。”唐興佳說。

  相比人工識別或者傳統掃描儀器,西安光機所文化光譜研究團隊的高光譜成像掃描系統優勢明顯,可以使用移動或者固定的方式對文物進行掃描,其自主開發的具有高分辨率的光譜成像儀能高效獲取文物圖譜信息,並通過數據分析軟件,進行文物數據拼接和校正,以及對文物表面的隱藏信息和材質信息進行發掘,並建立數據庫。同時,系統的掃描作業方式和采用的定制光源,對文物沒有傷害,可確保文物在發掘過程中的安全。

  “從2020年12月到今年5月,我們團隊有8個人常駐三星堆發掘現場,實行兩班倒,在發掘現場、三星堆博物館和文保基地等輪流作業。特別是在發掘現場原位獲取坑內文物的光譜成像數據信息,第一時間提供給考古研究人員,爲文物的現場保護決策、發掘安排提供幫助,並爲後續文物保護修複記錄最原始狀態的光譜數據。”唐興佳說。

  發現韓休墓壁畫的秘密

  除了三星堆考古專用高光譜成像掃描系統,西安光機所文化光譜研究團隊還研發了唐墓壁畫高光譜采集分析系統,開展了唐朝名相韓休墓室壁畫高光譜數字化研究工作。

  “2014年,省考古研究院和陝曆博聯合對韓休墓進行搶救性發掘。在對墓中壁畫進行揭取之前,我們在發掘現場用高光譜成像儀對全部壁畫畫面內容進行了高保真記錄,並進行了分析研究。”唐興佳說。

  據介紹,在高光譜圖像中,每一幅圖像都顯示同一場景的不同波長的圖像,尤其是人眼觀察不到的信息。科研人員在對韓休墓壁畫的研究中發現,由于近紅外至短波紅外波段的光對于顔料具有一定的穿透能力,高光譜圖像獲取到了壁畫表層的異常信息,從而“看到”了一些此前並未發現的秘密。

  “以韓休墓出土的壁畫《樂舞圖》爲例,左側地毯前的男子可以隱約發現有改動的痕迹,經過對高光譜圖像的進一步分析發現,左側地毯前的男子處原先畫了一個小孩,後來被修改成了大人。”唐興佳說。在《樂舞圖》中,類似的塗改痕迹還被發現在右側地毯,此處有一處疑似被塗改掉的兔子。

  爲什麽宰相墓的壁畫中會有塗改?原先的小孩和後來的成人有什麽關系?高光譜成像儀發現的秘密讓科研與考古人員感到異常興奮,這也成了保護韓休墓壁畫本體之外更深層次的研究課題。

  除此之外,高光譜圖像還可爲壁畫修複提供技術支撐。“當光照射在顔料上時,不同波長的光的反射率是不同的。具有不同元素組成和分子結構的物質,其光譜反射率曲線是有差異的。因此,我們可以根據高光譜圖像中不同的光譜反射率來准確識別壁畫使用的顔料材質,用于指導後期修複工作。”唐興佳說。

  火眼金睛鑒別書畫藝術品真僞

  在唐墓壁畫高光譜采集分析系統的基礎上,西安光機所文化光譜研究團隊研發了書畫藝術品高清高光譜采集分析系統。這套系統像“火眼金睛”一樣,可以用于鑒別書畫藝術品的真僞。

  研究團隊和陝文投集團合作,開展了中國近現代書畫圖譜鑒定分析研究工作。雙方重點對書畫出入庫一致性檢測、近現代典型書畫鑒定技術開發等進行研究,設計開發了相關軟件和硬件,並在齊白石、陸俨少、張大千等近現代書畫作品上完成了測試驗證,取得了較好的應用效果。

  “赝品無法做到材料、技法與真畫完全一致,一定會露出破綻。我們從書畫作品的局部細節、光譜指紋以及全局風格三方面入手,對其印章、題款、畫作墨彩、筆法等進行圖譜分析,並綜合書畫作品的顔料、材質識別結果,通過智能計算,實現鑒別書畫作品的真僞、年代、作者等信息的目的。”唐興佳說。

  此外,文化光譜研究團隊還多次與秦始皇兵馬俑博物館進行技術交流,探討高光譜成像技術在兵馬俑發掘與保護修複中的應用。“多年來,我們團隊主要從事文化光譜研究工作,對文化光譜研究在考古和文物保護領域的多學科交叉融合的重要性深有體會。雖然我們的工作側重于專業技術,但是了解曆史、地理、生物、環境等知識,並掌握如何使用不同光電與理化技術手段,對于促進文化與科技融合研究十分重要。”唐興佳說。

  “高光谱成像技术已经在文物保护领域有了初步应用,其在文物保护与修复、现场考古等领域具有一定技术优势和广阔前景,但是从实验室到挖掘现场应用还有较长的路要走,我们希望能继续做好科研工作,摸清规律,让高光谱成像技术发挥更大作用。”西安光机所文化光谱研究团队负责人、副研究员张朋昌说。(霍強)

  來源:https://esb.sxdaily.com.cn/pc/content/202108/31/content_764629.html

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