“沉睡三千年，再醒惊天下。”今年3月，一次性“上新”500余件重要文物的三星堆遗址再次吸引了世人的关注。
“我们参与了此次三星堆遗址发掘前的高光谱需求调研和考古专用高光谱成像扫描系统研制、发掘过程中的坑内文物及填土层的连续光谱数据采集、出土文物第一时间光谱成像采集等工作，并配合考古发掘、文物保护与修复部门，开展多应用需求下的研究工作，助力三星堆遗址考古取得新进展。”8月25日，西安光机所光谱成像技术实验室文化光谱研究团队成员、助理研究员唐兴佳向记者介绍。
截至目前，团队已获得3号坑坑内红外高光谱数据、4号坑坑内分层扫描高光谱数据、出土金面具的5号坑坑内红外高光谱数据、6号坑木匣红外高光谱数据以及8号坑土壤断层红外高光谱数据等，并得到初步的数据分析结果。“我们获取的唯一高光谱成像数据及相关分析结果，为考古人员研究三星堆遗址祭祀坑形成过程以及对不同文物的保护与修复提供了重要数据和技术支撑。”唐兴佳说。
西安光机所文化光谱研究团队在考古与文物保护相关数字化技术研究领域积淀颇深，除了用于三星堆考古的原位高光谱扫描成像技术，还开展了针对书画艺术品鉴定的高清高光谱采集分析系统研究、针对唐墓壁画保护与修复的高光谱采集分析系统研究等工作。
我在三星堆“修”文物
“2020年11月底，团队接到四川相关单位的邀请，参与三星堆遗址考古工作。但是时间很紧张，要在1周内完成系统的定制化设计、安装、调试工作。”唐兴佳说，“我们用1天时间进行了考古发掘现场的勘察和需求采集，连夜返回西安，对高光谱成像扫描系统进行设计。随后，我们将设备所用组件邮寄到四川考古现场进行现场组装调试，克服了时间紧的困难，通过连续多天的连夜工作，赶在规定期限内顺利完成了安装和调试。”
唐兴佳介绍，西安光机所文化光谱研究团队为三星堆考古专门研制了低照度考古高光谱成像扫描系统，可实现对坑内文物的原位低照度连续高光谱成像扫描。
“不同物质吸收光和反射光的强度不同，所以不同物质会呈现出各自独特的光谱特征，系统对遗迹表面不同物质产生的不同特征的肉眼不可见或不可辨光谱信息进行捕捉，并用图谱指纹加以区分，显示在电脑屏幕上，这样遗迹表面上不同物质的分布情况就一目了然。”唐兴佳说。
借助高光谱成像扫描系统，研究人员可以对三星堆考古现场的文物进行原位连续扫描探测，就像给文物做CT一样，通过材质分类，对金器、象牙等文物的分布状态进行记录，拿到第一手数据，建立文物图谱数据库，为后期文物修复与保护提供帮助。同时，利用图像增强、拓扑建模等技术，研究人员还能对文物进行深入研究，从考古角度出发，挖掘其背后的故事。
“以4号祭祀坑为例，最上面一层是燃烧的灰烬层，灰烬层下面有文物。通过光谱成像技术对灰烬层进行研究，研究人员可以分析出灰烬是燃烧后倒进去的，还是直接在坑内燃烧形成的，这对了解古人祭祀的行为特征具有重要意义。”唐兴佳说。
相比人工识别或者传统扫描仪器，西安光机所文化光谱研究团队的高光谱成像扫描系统优势明显，可以使用移动或者固定的方式对文物进行扫描，其自主开发的具有高分辨率的光谱成像仪能高效获取文物图谱信息，并通过数据分析软件，进行文物数据拼接和校正，以及对文物表面的隐藏信息和材质信息进行发掘，并建立数据库。同时，系统的扫描作业方式和采用的定制光源，对文物没有伤害，可确保文物在发掘过程中的安全。
“从2020年12月到今年5月，我们团队有8个人常驻三星堆发掘现场，实行两班倒，在发掘现场、三星堆博物馆和文保基地等轮流作业。特别是在发掘现场原位获取坑内文物的光谱成像数据信息，第一时间提供给考古研究人员，为文物的现场保护决策、发掘安排提供帮助，并为后续文物保护修复记录最原始状态的光谱数据。”唐兴佳说。
发现韩休墓壁画的秘密
除了三星堆考古专用高光谱成像扫描系统，西安光机所文化光谱研究团队还研发了唐墓壁画高光谱采集分析系统，开展了唐朝名相韩休墓室壁画高光谱数字化研究工作。
“2014年，省考古研究院和陕历博联合对韩休墓进行抢救性发掘。在对墓中壁画进行揭取之前，我们在发掘现场用高光谱成像仪对全部壁画画面内容进行了高保真记录，并进行了分析研究。”唐兴佳说。
据介绍，在高光谱图像中，每一幅图像都显示同一场景的不同波长的图像，尤其是人眼观察不到的信息。科研人员在对韩休墓壁画的研究中发现，由于近红外至短波红外波段的光对于颜料具有一定的穿透能力，高光谱图像获取到了壁画表层的异常信息，从而“看到”了一些此前并未发现的秘密。
“以韩休墓出土的壁画《乐舞图》为例，左侧地毯前的男子可以隐约发现有改动的痕迹，经过对高光谱图像的进一步分析发现，左侧地毯前的男子处原先画了一个小孩，后来被修改成了大人。”唐兴佳说。在《乐舞图》中，类似的涂改痕迹还被发现在右侧地毯，此处有一处疑似被涂改掉的兔子。
为什么宰相墓的壁画中会有涂改?原先的小孩和后来的成人有什么关系?高光谱成像仪发现的秘密让科研与考古人员感到异常兴奋，这也成了保护韩休墓壁画本体之外更深层次的研究课题。
除此之外，高光谱图像还可为壁画修复提供技术支撑。“当光照射在颜料上时，不同波长的光的反射率是不同的。具有不同元素组成和分子结构的物质，其光谱反射率曲线是有差异的。因此，我们可以根据高光谱图像中不同的光谱反射率来准确识别壁画使用的颜料材质，用于指导后期修复工作。”唐兴佳说。
火眼金睛鉴别书画艺术品真伪
在唐墓壁画高光谱采集分析系统的基础上，西安光机所文化光谱研究团队研发了书画艺术品高清高光谱采集分析系统。这套系统像“火眼金睛”一样，可以用于鉴别书画艺术品的真伪。
研究团队和陕文投集团合作，开展了中国近现代书画图谱鉴定分析研究工作。双方重点对书画出入库一致性检测、近现代典型书画鉴定技术开发等进行研究，设计开发了相关软件和硬件，并在齐白石、陆俨少、张大千等近现代书画作品上完成了测试验证，取得了较好的应用效果。
“赝品无法做到材料、技法与真画完全一致，一定会露出破绽。我们从书画作品的局部细节、光谱指纹以及全局风格三方面入手，对其印章、题款、画作墨彩、笔法等进行图谱分析，并综合书画作品的颜料、材质识别结果，通过智能计算，实现鉴别书画作品的真伪、年代、作者等信息的目的。”唐兴佳说。
此外，文化光谱研究团队还多次与秦始皇兵马俑博物馆进行技术交流，探讨高光谱成像技术在兵马俑发掘与保护修复中的应用。“多年来，我们团队主要从事文化光谱研究工作，对文化光谱研究在考古和文物保护领域的多学科交叉融合的重要性深有体会。虽然我们的工作侧重于专业技术，但是了解历史、地理、生物、环境等知识，并掌握如何使用不同光电与理化技术手段，对于促进文化与科技融合研究十分重要。”唐兴佳说。
“高光谱成像技术已经在文物保护领域有了初步应用，其在文物保护与修复、现场考古等领域具有一定技术优势和广阔前景，但是从实验室到挖掘现场应用还有较长的路要走，我们希望能继续做好科研工作，摸清规律，让高光谱成像技术发挥更大作用。”西安光机所文化光谱研究团队负责人、副研究员张朋昌说。
