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高光谱技术在文物古迹中的技术应用

发布者：发布时间：2017-08-30

高光谱技术在文物古迹中的技术应用

摘要：

在定陶汉墓中，考古人员发现大量带有丰富文字的汉砖，这些汉砖数量空前，记录内容丰富，对于研究汉代的书法艺术、人文地理等都是十分珍贵的实物资料。为了防止墓砖的氧化、变质和以后更好地保存，考古人员还将每块墓砖进行了包装和编号。这些砖上有用朱砂或墨汁写的字迹、刻画的符号。经初步解读，内容多为人名或地名。这些文字中有一些是对墓主人在阴间富贵吉祥的美好祝愿，有一些则是墓砖监造人、制砖人、烧窑人的姓名、铭文、或者是代表工号或工匠字号，地名则有可能表明了墓主人的政治势力范围。

作为考古发掘，这些文字砖为我们提供了确认墓主和伴随出土文物年代的文字依据，为研究西汉时期的生活和丧葬习俗以及史实留下了珍贵实物资料。而能够利用现代测试技术对这些石砖上的文字进行相应的测试和鉴别等工作，是一个非常有意义的事项。本文利用现有的高光谱成像技术来对石砖上的文字、文字所使用的颜料、石砖上氧化以及变质部分进行检测，为更好的进行文物保护提供技术支持和相关技术探索。

图1 出土的石砖

图2 出土的石砖

图3 相关文物资料图片

一：试验目的：

以山东定陶文字砖为样本，对文字砖等样品的可见近红外波段的（光谱范围400nm-1000nm）光谱进行分析，获取此波段处石砖以及相应出土文物上的字迹、刻画的符号等目标的特征光谱，同时也对部分文物在经过长时间的氧化、变质等破坏之后，其表现的光谱信息进行研究和分析，为后期的文字鉴定、保护提供依据和技术支持。

二：测试原理及方法：

高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。

高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。

目标物体-成像物镜-入射狭缝-准直透镜-PGP-聚焦透镜-CCD棱镜-光栅-棱镜：PGP。

图1 成像原理

光谱仪的光谱分辨率由狭缝的宽度和光学光谱仪产生的线性色散确定。最小光谱分辨率是由光学系统的成像性能确定的（点扩展大小）。

成像过程为：每次成一条线上的像后（X方向），在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。

利用GaiaField便携式高光谱成像仪作为测试设备并配置光谱范围在350nm-2500nm范围的光源来完成数据的获取。

图2 仪器设备

图3 像立方体

在出土的石砖上有用朱砂或墨汁写的字迹、或者是用它利器刻画的符号，这些利用朱砂或者墨汁写的文字内容多为人名或地名。测试方法采用的是反射光谱模式，对样品进行数据采集时，光源光照射在样品上之后，光与样品发生相互作用之后，会有一部分光反射回来，反射回来的光会被高光谱相机接收，采集到的信号基本上为样品表面上的特征信息。