[发明专利]一种基于可见光谱成像的古代壁画颜料无损全面识别方法

说明书

一种基于可见光谱成像的古代壁画颜料无损全面识别方法，包括依据壁画使用的基础颜料和双常数Kubelka‑Munk理论构建全面的壁画颜料数据库，作为壁画颜料识别的参考依据；获取古代壁画的可见光谱图像；对可见光谱图像进行渲染得到对应的彩色RGB图像；利用超像素分割算法对彩色RGB图像进行精细分割；计算每个子区域的平均光谱反射率；分别提取数据库样本和子区域颜料的光谱特征；构建壁画颜料识别方法，识别每个子区域颜料的物质种类，若为单色颜料，进一步识别其平均粒径大小，若为混合颜料，则判定为最小粒径颜料，并进一步计算每种颜料的浓度比例；获得每种颜料在壁画中的二维分布图；最终完成包括颜料物质、粒径、浓度及分布的古代壁画颜料全面无损识别。

技术领域

本发明属于历史文化遗产保护技术领域，具体涉及一种基于可见光谱成像的古代壁画颜料无损全面识别方法。

背景技术

我国拥有大量的古代彩绘壁画，如敦煌莫高窟、陕西榆林和新疆克孜尔壁画等，它们是我国古代文明的重要组成部分，这些古代壁画蕴含着我国古代政治、经济、文化、科学技术及生产工艺发展等重要历史信息，承载着灿烂文明，传承历史文化，是研究我国古代人文学、社会学、美学以及自然科学的珍贵资源。然而受自然环境与人为因素的多重影响，我国各地大部分壁画颜料层都产生了多种病害问题，导致其可显现的历史价值信息正在快速消减，若不及时采取科学合理的保护措施，将会对国家和民族造成不可挽回的损失。

天然矿物颜料是古代壁画彩色图案层的主要物质成分，是壁画显色的唯一物质基础，因此，对壁画颜料进行科学的识别分析是深入了解这些历史文物的重要前提，也是开展古代壁画保护的重要基础。与此同时，对彩绘文物颜料分析和表征将有助于文物保护工作者了解古代艺术家创作壁画的颜料使用情况、分析学习其绘画技法、掌握彩绘文物当前的颜色保存状态，无论对于采用真实颜料对彩绘文物的实物修复、复原临摹，或是对于彩绘文物数字化的虚拟修复与再现等历史文化传承工作而言，都具有非常重要的意义。

在古代壁画颜料识别方面，传统的颜料识别多基于有损采样分析方法进行，如采用X-射线衍射和X-射线荧光分析仪、扫描电子显微镜、能量色谱仪、偏光显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、拉曼显微光谱仪、激光诱导击穿光谱仪以及光学显微镜等仪器和设备，分析采样物质的物质成分信息，此类采样分析方法对宝贵的历史文物造成不可逆转的损害，并且仅能进行单点的物质成分识别，无法进行壁画全幅面颜料分布以及颜料物理属性的全面分析，具有较大局限性。近年来，原位无损分析技术越来越被文物保护工作者所重视，随之产生了诸如光纤反射光谱仪以及便携式拉曼纤维光谱仪等设备，使得颜料的分析无需破坏式采样，该类技术降低了损害文物的风险，但仪器在使用过程中仍需要与文物本体接触，且仅能进行单点分析，在壁画颜料的分析应用领域仍具有一定局限性。除此之外，当前的颜料分析主要集中于颜料物质成分的识别，而忽略了影响壁画颜色的颜料粒径大小和混合颜料中各个基础颜料浓度等因素，对于壁画颜料的分析不够全面。

对于以上古代壁画颜料识别存在的局限性问题，目前文博界和学术界均未提出合理有效的解决方法。光谱成像技术具有“谱图合一”的优势，本发明依据日趋成熟的光谱成像技术，以及矿物颜料物质、粒径属性等与光谱反射率之间关联性，提出了一种基于可见光谱成像的古代壁画颜料无损全面识别方法，该方法无需与壁画接触，即可实现包括颜料物质类别、平均粒径大小、混合浓度及空间分布的无损全面识别，有效地解决了当前分析技术对于古代壁画颜料分析不全面的局限性问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种基于可见光谱成像的古代壁画颜料无损全面识别方法。

本发明的技术方案为一种基于可见光谱成像的古代壁画颜料无损全面识别方法，具体包括以下步骤：

步骤1，获得古代壁画基础颜料并构建壁画颜料数据库，所述数据库中包含基础颜料样本、基础颜料样本光谱数据以及依据双常数Kubelka-Munk理论构建的混合颜料样本的光谱数据；

步骤2，获取古代壁画可见光谱图像；