“沉睡三千年，再醒驚天下。”今年3月，一次性“上新”500余件重要文物的三星堆遺址再次吸引了世人的關(guān)注。
“我們參與了此次三星堆遺址發(fā)掘前的高光譜需求調(diào)研和考古專用高光譜成像掃描系統(tǒng)研制、發(fā)掘過程中的坑內(nèi)文物及填土層的連續(xù)光譜數(shù)據(jù)采集、出土文物第一時間光譜成像采集等工作，并配合考古發(fā)掘、文物保護與修復(fù)部門，開展多應(yīng)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(shù)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(nèi)紅外高光譜數(shù)據(jù)、4號坑坑內(nèi)分層掃描高光譜數(shù)據(jù)、出土金面具的5號坑坑內(nèi)紅外高光譜數(shù)據(jù)、6號坑木匣紅外高光譜數(shù)據(jù)以及8號坑土壤斷層紅外高光譜數(shù)據(jù)等，并得到初步的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。“我們獲取的唯一高光譜成像數(shù)據(jù)及相關(guān)分析結(jié)果，為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復(fù)提供了重要數(shù)據(jù)和技術(shù)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(guān)數(shù)字化技術(shù)研究領(lǐng)域積淀頗深，除了用于三星堆考古的原位高光譜掃描成像技術(shù)，還開展了針對書畫藝術(shù)品鑒定的高清高光譜采集分析系統(tǒng)研究、針對唐墓壁畫保護與修復(fù)的高光譜采集分析系統(tǒng)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(guān)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(nèi)完成系統(tǒng)的定制化設(shè)計、安裝、調(diào)試工作。”唐興佳說，“我們用1天時間進行了考古發(fā)掘現(xiàn)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(tǒng)進行設(shè)計。隨后，我們將設(shè)備所用組件郵寄到四川考古現(xiàn)場進行現(xiàn)場組裝調(diào)試，克服了時間緊的困難，通過連續(xù)多天的連夜工作，趕在規(guī)定期限內(nèi)順利完成了安裝和調(diào)試。”
唐興佳介紹，西安光機所文化光譜研究團隊為三星堆考古專門研制了低照度考古高光譜成像掃描系統(tǒng)，可實現(xiàn)對坑內(nèi)文物的原位低照度連續(xù)高光譜成像掃描。
“不同物質(zhì)吸收光和反射光的強度不同，所以不同物質(zhì)會呈現(xiàn)出各自獨特的光譜特征，系統(tǒng)對遺跡表面不同物質(zhì)產(chǎn)生的不同特征的肉眼不可見或不可辨光譜信息進行捕捉，并用圖譜指紋加以區(qū)分，顯示在電腦屏幕上，這樣遺跡表面上不同物質(zhì)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(tǒng)，研究人員可以對三星堆考古現(xiàn)場的文物進行原位連續(xù)掃描探測，就像給文物做CT一樣，通過材質(zhì)分類，對金器、象牙等文物的分布狀態(tài)進行記錄，拿到第一手數(shù)據(jù)，建立文物圖譜數(shù)據(jù)庫，為后期文物修復(fù)與保護提供幫助。同時，利用圖像增強、拓撲建模等技術(shù)，研究人員還能對文物進行深入研究，從考古角度出發(fā)，挖掘其背后的故事。
“以4號祭祀坑為例，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(shù)對灰燼層進行研究，研究人員可以分析出灰燼是燃燒后倒進去的，還是直接在坑內(nèi)燃燒形成的，這對了解古人祭祀的行為特征具有重要意義。”唐興佳說。
相比人工識別或者傳統(tǒng)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(tǒng)優(yōu)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(fā)的具有高分辨率的光譜成像儀能高效獲取文物圖譜信息，并通過數(shù)據(jù)分析軟件，進行文物數(shù)據(jù)拼接和校正，以及對文物表面的隱藏信息和材質(zhì)信息進行發(fā)掘，并建立數(shù)據(jù)庫。同時，系統(tǒng)的掃描作業(yè)方式和采用的定制光源，對文物沒有傷害，可確保文物在發(fā)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(fā)掘現(xiàn)場，實行兩班倒，在發(fā)掘現(xiàn)場、三星堆博物館和文保基地等輪流作業(yè)。特別是在發(fā)掘現(xiàn)場原位獲取坑內(nèi)文物的光譜成像數(shù)據(jù)信息，第一時間提供給考古研究人員，為文物的現(xiàn)場保護決策、發(fā)掘安排提供幫助，并為后續(xù)文物保護修復(fù)記錄最原始狀態(tài)的光譜數(shù)據(jù)。”唐興佳說。
發(fā)現(xiàn)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(tǒng)，西安光機所文化光譜研究團隊還研發(fā)了唐墓壁畫高光譜采集分析系統(tǒng)，開展了唐朝名相韓休墓室壁畫高光譜數(shù)字化研究工作。
“2014年，省考古研究院和陜歷博聯(lián)合對韓休墓進行搶救性發(fā)掘。在對墓中壁畫進行揭取之前，我們在發(fā)掘現(xiàn)場用高光譜成像儀對全部壁畫畫面內(nèi)容進行了高保真記錄，并進行了分析研究。”唐興佳說。
據(jù)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(fā)現(xiàn)，由于近紅外至短波紅外波段的光對于顏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”了一些此前并未發(fā)現(xiàn)的秘密。
“以韓休墓出土的壁畫《樂舞圖》為例，左側(cè)地毯前的男子可以隱約發(fā)現(xiàn)有改動的痕跡，經(jīng)過對高光譜圖像的進一步分析發(fā)現(xiàn)，左側(cè)地毯前的男子處原先畫了一個小孩，后來被修改成了大人。”唐興佳說。在《樂舞圖》中，類似的涂改痕跡還被發(fā)現(xiàn)在右側(cè)地毯，此處有一處疑似被涂改掉的兔子。
為什么宰相墓的壁畫中會有涂改?原先的小孩和后來的成人有什么關(guān)系?高光譜成像儀發(fā)現(xiàn)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，高光譜圖像還可為壁畫修復(fù)提供技術(shù)支撐。“當(dāng)光照射在顏料上時，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(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其光譜反射率曲線是有差異的。因此，我們可以根據(jù)高光譜圖像中不同的光譜反射率來準(zhǔn)確識別壁畫使用的顏料材質(zhì)，用于指導(dǎo)后期修復(fù)工作。”唐興佳說。
火眼金睛鑒別書畫藝術(shù)品真?zhèn)?/strong>
在唐墓壁畫高光譜采集分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，西安光機所文化光譜研究團隊研發(fā)了書畫藝術(shù)品高清高光譜采集分析系統(tǒng)。這套系統(tǒng)像“火眼金睛”一樣，可以用于鑒別書畫藝術(shù)品的真?zhèn)巍?/p>
研究團隊和陜文投集團合作，開展了中國近現(xiàn)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(xiàn)代典型書畫鑒定技術(shù)開發(fā)等進行研究，設(shè)計開發(fā)了相關(guān)軟件和硬件，并在齊白石、陸儼少、張大千等近現(xiàn)代書畫作品上完成了測試驗證，取得了較好的應(yīng)用效果。
“贗品無法做到材料、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(jié)、光譜指紋以及全局風(fēng)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，并綜合書畫作品的顏料、材質(zhì)識別結(jié)果，通過智能計算，實現(xiàn)鑒別書畫作品的真?zhèn)巍⒛甏⒆髡叩刃畔⒌哪康摹?rdquo;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(shù)交流，探討高光譜成像技術(shù)在兵馬俑發(fā)掘與保護修復(fù)中的應(yīng)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(lǐng)域的多學(xué)科交叉融合的重要性深有體會。雖然我們的工作側(cè)重于專業(yè)技術(shù)，但是了解歷史、地理、生物、環(huán)境等知識，并掌握如何使用不同光電與理化技術(shù)手段，對于促進文化與科技融合研究十分重要。”唐興佳說。
“高光譜成像技術(shù)已經(jīng)在文物保護領(lǐng)域有了初步應(yīng)用，其在文物保護與修復(fù)、現(xiàn)場考古等領(lǐng)域具有一定技術(shù)優(yōu)勢和廣闊前景，但是從實驗室到挖掘現(xiàn)場應(yīng)用還有較長的路要走，我們希望能繼續(xù)做好科研工作，摸清規(guī)律，讓高光譜成像技術(shù)發(fā)揮更大作用。”西安光機所文化光譜研究團隊負責(zé)人、副研究員張朋昌說。
