基于多光谱的彩绘文物颜色褪变机理与虚拟复原

The virtual rejuvenating for fading colored relic has become a central issue in the field of cultural heritage.According to the fact that the color fading mechanism not clear, virtual rejuvenating lack of scientific predictability, we will explore the color fading mechanism for material changing and light scattering of surface hole.Then proposed a new method of virtual rejuvenating using spectral prediction model; around the "fingerprint" of spectral reflectance, the wideband multi-spectral acquisition system was constructed. study on the relationship between the pigment components and spectral information, then explore the color fading mechanism caused by pigment composition changes;study on the relationship between the optical properties and surface character, reveals the theorem of surface and interface factor effects on color fading;based on the spectral prediction model and light scattering model of pigment, explore a new virtual rejuvenating method of color faded relic;expecting to combining the theoretical and experiments, to confirm the color fading mechanism by material components changes and surface-interface factors.On the basis, provide theoretical support and effective technical support for the simulation of fading color of the original condition

褪色彩绘文物的虚拟复原一直是文化遗产领域的研究热点。针对目前彩绘文物颜色褪变机理不甚明晰、复原方法缺乏科学预见性等问题，提出彩绘层物质成份变化与表界面裂隙光散射导致彩绘褪色的作用机理，并通过光谱呈色模型实现颜色虚拟复原的新方法。围绕颜色“指纹”的光谱反射率信息，构建宽带多通道的多光谱图像获取系统；研究彩绘颜料的物质构成与光谱信息的相关性，探索颜料成份变化导致彩绘颜色褪变的机理；通过关联表界面光学特性与表界面结构特性，揭示表界面因素对彩绘颜色褪变老化的影响规律；基于颜料介质的光谱呈色模型及光散射模型，探索颜色褪变彩绘有效虚拟复原新方法。期望从理论与实验的结合上，证实颜料成份变化与表界面因素对彩绘文物颜色褪变的作用机理，以此为根据，为彩绘文物褪变颜色虚拟复原提供具有普适性意义的理论支持和有效的技术支撑。

项目背景：. 文物彩绘颜色褪变是一个非常普遍的现象，以传统色度学方式进行的虚拟复原，难以准确客观再现彩绘文物的真实外貌。而物质的光谱反射率是颜色信息的本质表征，决定于物质自身的元素组成及分子结构。本项目在文物数字化保护实践和理论分析基础上，提出通过多光谱成像方式建立颜料物质基础、光学特性、颜色褪变机理与虚拟复原的相互关系，以期实现真实客观再现颜色原貌。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，建立了褪彩绘文物颜色褪变机理与虚拟复原的新方法，完成了项目的研究目标。 ..主要研究内容及结果：.1)构建了复杂条件下高精度多光谱数据获取方法。提出了基于倒频谱的图像复原方法，改善了机械抖动造成的图像质量下降；基于强预测器的BP神经网络，提出了训练样本选择模型，并在色度子空间选择最优训练样本，提高了光谱重建精度。.2)构建了完善的敦煌矿物颜料及中国画颜料数据库，揭示了颜料的物质基础、光谱特性之间的关联性机理。.3)建立了颜料组分鉴别新方法。通过逐步选择特征波段，构建贝叶斯鉴别模型实现颜料成份及含量的鉴别。.4)构建基于颜料物质基础的颜色虚拟复原系统。基于Kubelka-Munk光谱呈色模型计算褪变颜料的成份比例，并基于差分模型构建颜色褪变模型，最后通过色彩映射模拟不同老化阶颜色的外貌。..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方法，建立了颜料物质基础与光学特性之间的关联性，通过成份虚拟替换复原褪变色彩绘的原貌，为获得真实色彩的获取和虚拟复原具有普遍的指导意义和理论支持。目前发表学术论文12篇，另有部分研究成果将在2018年陆续发表。