我國是有著五千年古老文明的國家，在悠久的歷史長河中人們將這些文化文明保留在了大量的字畫、壁畫當中，并向當代及后世展示了它的美麗與價值。在這些豐富的字畫和壁畫當中，五顏六色的色彩是人們賦予自己想象空間和大膽創造的素材，通過使用不同的顏料、不同的技法將這種彩色空間表現的淋漓盡致。如果說繪畫主題是一幅幅字畫和壁畫的精神來源，那么豐富的顏料就是一幅幅字畫和壁畫強有力的物質支撐。對古代顏料的研究與鑒定，就是一個研究古代文明發展的過程，不同朝代、不同地區顏料的使用是緊密聯系并且不斷向前發展的，從顏料的物質鑒定可以繼而推斷出文物的年代，從不同文物之間顏料的使用與變化進而推斷朝代的更替以及地區的發展。

本文使用高光譜成像技術對古代的顏料進行無損鑒定研究，使用高光譜照相機采集字畫和壁畫數據，通過構建光譜數據庫和光譜匹配的技術對顏料進行無損鑒定。本研究應用了400-1000nm的高光譜相機，可采用杭州彩譜科技有限公司產品FS13進行相關研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優于2.5nm，可達1200個光譜通道。采集速度全譜段可達128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區域波段選擇）。

基于顏料反射光譜法對文物鑒定的可行性要從壁畫及字畫的顏料層的微觀結構下圖說起，壁畫、字畫的顏料層都是由顆粒物(顏料)、粘合劑和添加材料組成。粘合劑的作用是將顆粒物膠結在一起，提高材料的機械強度，添加材料用于改善物質的表現性質和工作性質。

而文物經過歲月的洗禮，長時間的暴露在空氣中，顏料層中的粘合劑已經逐漸被劣化和氧化,所以對文物的顏料層的數據采集可以近似的歸結為單單針對顆粒物(顏料)的采集，所以基于反射光譜法對顏料的鑒定就自然去除了粘合劑對顏料光譜的影響，從而可以通過從實驗室中建立標準的顏料光譜庫來對文物顏料光譜進行比較，從而得到鑒定的結果。

使用光譜反射率對顏料進行鑒定的一種比較繁雜但是絕對有效的途徑是建立大型的光譜數據庫，光譜庫中不但要有純凈顏料的光譜數據，還要有用不同種顏料混合的光譜數據，同時還要要考慮膠、礬對顏料層的影響，所以要采集大量的實驗數據，但是僅僅這樣還是遠遠不夠的，因為古代文物表面的顏料層成分復雜，不光有顏料、還有已經氧化的膠，而在經久失修的廟宇壁畫和地下墓室壁畫中顏料層還會有其他灰塵，細菌腐蝕后的遺留物質，這些在文物表面是極為常見的，由于這些多元因素的復雜多變性，造成了要構建完善完整的顏料光譜庫并非一日之功，而需要常年累月的補充與完善。幸運的是本人在研究一幅明代字畫的時候，發現字畫上比較純凈的礦物顏料的光譜匹配結果很好，所以本文研究的設想與重點是對純凈顏料的光譜進行研究。現將這幅明代字畫局部圖與光譜匹配結果列出如下:

高光譜照相機最后采集的數據又叫做高光譜圖像立方體,它是由不同波段的圖像構成，箭頭指向的方向是它的波段方向，從可見光波段到近紅外波段，數據就是由這樣同一區域不同波段的幾十或者幾千張圖像疊加在一起構成的。通過高光譜圖像數據可以獲得任意顏料的光譜曲線，然后通過任意顏料的光譜曲線可以利用分類算法得到該種目標物質在空間的分布。我們分別在圖像中不同顏料處選取像素點，即可獲得該像素點所對應的光譜曲線,我們從中選取了金色對應的光譜曲線，然后使用光譜角填圖算法，設置匹配相似度閾值為0.1,即可得到金色顏料在圖像空間的分布。

儀器噪聲的影響

在實際儀器采集數據的過程中，由于采集的數據很多，不可能采集一幅圖像就要拍攝一幅對應的暗電流文件，研究儀器噪聲的變化規律有助于在項目采集過程中合理的分配采集暗電流數據的時間，這樣在保證數據采集質量的同時節省采集時間提高了工作效率。

實驗方案為：將相機安置在室內，模擬室外采集環境拍攝暗電流數據，將鏡頭蓋嚴格的蓋住相機的鏡頭。每間隔一段時采集一次暗電流數據。暗電流時間采集設置方案如下表:

對采集完的暗電流數據進行如下處理，依次用第一次的暗電流減去其他時刻的暗電流，并統計相減后數據每個波段(400nm-1000nm)的平均值，然后將每個波段的平局值繪成一條曲線，觀察不同波段暗電流的變化情況。

實驗結果：

實驗結果說明，相減后的暗電流數據每個波段(400nm-1000nm)的平均值幾乎為0,最大浮動不超過0.4,這說明不同時間段暗電流的變化幾乎為零，幾乎不會對實驗數據的改變有直接影響。

實驗啟示：高光譜照相機VNIR400H工作性能穩定，暗電流的變化不大，保持在穩定的數值上，不用過多考慮儀器的噪聲數據影響，可以在間隔不過長的時間內(一個采集區域)拍攝1~2次即可。

小結

本章通過對影響高光譜相機數據的參數進行控制與實驗，目的是為了獲得準確的圖像數據與光譜數據，通過實驗發現，光照和儀器的暗電流對數據的影響并不大，焦距對校正后數據像素的反射光譜幾乎沒有影響，而曝光時間則對光譜數據的形成會產生一定的影響，通過一系列的實驗，對儀器的性能有了更好的了解，這也為之后的數據采集和建立顏料光譜庫提供了有力的保障。