基于多光谱的彩绘文物颜色数据获取与再现方法研究

In order to conquer the metamerism problem in trichromacy imaging theory and reveal the interaction mechanism among material basis, optical properties and color reproduction for the colored relics, a new multispectral based imaging method is proposed. This method aims at establishing a true and objective color acquisition-reproduction workflow whose color information is device and scene independent. Establish the illumination scene according to the influencing factors of color reproduction and select the specific filter sets in accordance with the pigments composition. Then the multi-channel spectral information is obtained by proposed method, including the optical properties such as the ambient light information, the spectral sensitivity of the camera, the spectral reflectance of the target surface and the transmittance of the filters. This information can be used to reveal the pigments' discoloring mechanism under multiple influence condition. Based on that, the true color reproduction and record of colored cultural relics will be achieved with the correct selection of the pigment for color restoration and reproduction , which is realized by following the varying law of the colorimetric factors such as the illumination, the human perception and the reproduction media combined with the study about the present and previous mixed diffusion law and the optical characterization of the pigment. The results of this research can be contributed to the digital protection and restoration of the color information of the colored cultural relics.

针对目前三色成像理论在颜色再现时存在的同色异谱问题，提出利用多光谱成像方法，建立颜料的物质基础、颜色的光学特性表征、颜色的色彩再现之间的相互联系，获取颜料物质的可见多光谱信息，实现设备无关、场景无关的客观、真实记录和再现颜色的新方法。围绕影响颜色信息变化的环境因素，构建光照场景；针对彩绘文物所用的颜料成分，选择特定的滤色片组，通过多光谱成像设备获取高维的多通道光谱信息，包含周围环境光照信息、相机光谱灵敏度、物体表面的可见光谱反射信息、滤色片透射率等光学特性表征，揭示物质的反射光谱与多因素作用下颜料呈色变化的机理与规律。以此为根据，结合对现有的或原始的颜料物质混合扩散规律及其光学特性表征的探讨，针对光照场景、人眼感知和再现介质等呈色因素的变化规律；完成对文物色彩修复和再现颜料的选取和原貌仿真模拟；实现文物颜色的真实记录与再现。为彩绘文物颜色信息的数字化保护与修复提供基础理论和方法支撑。

项目研究背景：以传统色度学方式对文物进行数字化采集和再现，难以摆脱同色异谱现象造成的颜色丢失和不一致问题。光谱反射率信息是颜色属性的本质表征，唯一决定于物质的自身物质结构。本项目在对文物数字化保护实践和理论分析基础上，提出通过光谱成像方式建立文物颜料物质基础、光学特性、颜色再现之间的相互联系，以期实现场景、设备无关的客观真实记录和再现颜色的新方法。围绕上述关键问题，按照项目提出的研究方案开展了系统研究，建立了彩绘文物颜色数据获取与再现新方法。完成了项目研究目标。.主要研究内容及结果：（1）围绕影响光谱图像采集的多方面因素，构建了复杂场景下高精度光谱信息采集获取方法。以大幅面光谱图像获取系统为基础；建立了成像系统线性化校正方法及多通道图像配准方法；建立了光照校正模型；建立成像系统滤光片选择与设计方法；建立了光谱重建与训练样本选择新方法。（2）构建了完善的颜料色彩体系及样本数据库；揭示了文物颜料的物质基础、光学特性、颜色再现之间的关联性。（3）构建了真实色彩信息光谱映射模型。建立了光谱色域空间；建立了光谱色域边界描述、光谱色域映射以及映射精度评价方法。（4）建立了基于光谱的文物真实色彩再现方法。建立了文物色彩数字化展示方法；建立了打印机光谱特性化方法；构建了典型颜料光谱变色模型。（5）综合以上内容，建立了基于多光谱的彩绘文物颜色数据获取与再现新方法，可应用于壁画的数字化保护。.项目科学意义：本项目以颜色形成的物质基础为依据，构建了基于颜色物质光谱反射率信息的颜色获取与再现方法，实现了数字化文物保护过程中颜色信息客观、准确的获取与再现，为文物颜料的分析鉴别与色彩反演研究提供了重要的数据支持，为彩绘文物的数字保护提供了重要技术支持。目前，围绕本项目发表学术期刊论文29篇，申报发明专利11件。另有部分研究成果将在2017年陆续发表。