Picman圖像分析技術在文物保護中的應用

朱善銀 兪佑植

摘 要：文物研究中，文物拍照是調查文物病害、記錄文物信息的基本方法。然而研究人員大多只利用了圖像中的一些宏觀信息，未能充分發掘其更大的價值。利用圖像分析技術，采取對文物無損、非接觸式分析方法，定量讀取文物表面任意部位尺寸、形貌等信息（文物尺寸、文物病害面積、文字圖像內容等），解決了用接觸式方法測量文物尺寸容易導致脆弱文物二次受損、不規則形狀病害面積難以計算、傳拓技術制作拓片讀取石刻或印刷雕版信息易損傷文物這些難題。分析數據，可為文物的科學研究以及鑒定等方面提供證據資料

關鍵詞：圖像分析;病害;定量分析;文物保護

文物作為見證歷史和連接未來的重要遺物，具有不可再生性。因此，我們每個人，尤其是文物保護工作者，有義務和責任保護好每一件文物。隨著社會的進步和科學技術的發展，文物保護方法也在不斷地推陳出新，特別在文物分析檢測上，越來越多的無損檢測方法被開發利用。

文物研究中，給文物拍照是調查文物病害、記錄文物信息的基本方法。然而研究人員大多只利用了圖像中的一些宏觀信息，未能充分發掘其更大的價值。為了文物安全，西安碑林等地的很多重要石刻都已經被嚴禁進行拓片作業了，利用計算機軟件處理文物照片或者文物正射影像，制作文物數字拓片已經取得一些成績[1-3]。尤其是制作一些古代名人的書法石刻或印刷雕版拓片，由于文字是凹陷或凸起的，傳統拓片如果經過裝裱或者壓平，其中的文字大小粗細以及形狀必然會發生變化，導致文字變形，影響后人對其書法的學習，而利用圖像分析技術讀取文物信息時，不僅可以避免文字變形，也杜絕了宣紙、墨及拓包等接觸文物，保證了文物的安全。特別是印刷雕版，大多都是曾經被印刷書籍使用過，表面沾滿墨，一眼望去全是黑色，導致文字圖案識別較難。印刷雕版文物較為脆弱，如何在不接觸文物的前提下，科學準確地讀取雕版上的重要信息，是當前需要解決的難題之一。

目前文物保護修復方案中，文物病害描述一般是在文物圖像上根據病害種類繪制病害圖，然后用比例尺示意文物及其病害部位的大小[4]。由于文物病害部位往往是不規則形狀，很難計算各種病害具體尺寸面積，所以不能將病害范圍定量化。而文物病害在發生細微變化時（大小、顏色等），通過宏觀觀察很難被發覺。如果能將文物病害范圍進行定量計算，通過定期記錄便可及時了解文物病害發展狀況，保證受損文物第一時間得到治療。

本文以油畫、古籍和印刷雕版為對象，應用圖像軟件處理技術，采取對文物無損、非接觸式分析方法，準確提取文物信息，解決了用接觸式方法測量文物尺寸容易導致脆弱文物二次受損、不規則形狀病害面積難以計算、傳拓技術制作拓片讀取石刻或印刷雕版信息易損傷文物這些難題。分析數據，可作為文物的科學保護與研究以及鑒定等方面的證據資料。

1 分析對象與方法

1.1 分析對象

本研究以安徽博物院館藏黃紹京油畫《大衛石膏像反面風景照》、古籍《皋鶴堂批評第一奇書金瓶梅》和印刷雕版為對象。黃紹京油畫表面顏料層剝落較為嚴重，古籍中作為研究對象這一頁紙張缺損較多，印刷雕版由于是木質材料，屬脆弱文物，不宜進行拓片作業。

1.2 分析方法

基于每張數碼照片的像素都是固定的，其分辨率便與尺寸保持一定比例關系。在此基礎上，本研究用數碼相機給文物拍照，在不接觸文物的情況下，利用Picman圖像軟件處理技術，分析數碼照片中各個像素的RGB（紅、綠、藍三原色）色彩和亮度信息，定量計算照片中文物任意部位的尺寸面積和圖像文字等信息。以此為基礎定量分析了黃紹京油畫《大衛石膏像反面風景照》的顏料層剝落面積和剝落處數量，古籍《皋鶴堂批評第一奇書金瓶梅》其中一頁的尺寸和殘缺面積等信息內容。利用印刷雕版上文字圖案的凸凹現象，通過圖像軟件處理，首先將文字圖案鮮明突出于平面，然后再將文字變為可讀的正向文字。這樣處理不僅可以清晰地讀取印刷雕版上的文字，還能為文物鑒定提供依據，又避免了傳統拓片技術在用拓包捶打文物時會對文物造成損傷這一問題。

2 分析結果

利用圖像軟件處理技術計算油畫顏料層的剝落面積或者紙張缺損面積，可以將文物基本信息及其病害范圍定量化。黃紹京油畫《大衛石膏像反面風景照》照片分辨率是72dpi，利用分辨率與像素之間的關系等信息，計算出油畫圖像面積是703541Pixel2，顏料層剝落面積是41861 Pixel2，顏料層剝落面積占油畫總面積的5.95%，顏料層剝落處有109個，剝落處較多，如表1所示。

古籍《皋鶴堂批評第一奇書金瓶梅》作為案例這頁紙張的照片分別率是300dpi，計算出紙張長是294.0mm，寬是227.0mm，按照長×寬計算，總面積原本應該是66738.0mm2，紙張現存面積是58423.7mm2，殘缺面積占原紙張的12.46%。為了知道各殘缺處的具體缺損面積，用同樣的方法對各個殘缺處的缺損面積進行了計算。

利用印刷雕版上陽刻文字的凸凹現象，通過圖像軟件處理，將文字鮮明突出于平面。為了更加容易讀取雕版上的文字，將文字翻印。還模擬出印刷雕版印出文字，或者將其他文字覆蓋于雕版文字之上，與雕版文字進行近距離對比，鑒定覆蓋于雕版上的文字是否為此雕版印刷的真跡。將紅色字覆蓋于雕版文字之上，無論是字體還是字間距，只要稍微有所差別都可以立即被識別。

3 結語

利用數碼照片快速分析出照片內文物身上任意部位信息（尺寸、文字圖像、缺損面積、顏料層脫落面積等）的調查方法，將會成為調查文物基本信息的一種常用手段之一。通過對文物進行定期拍照分析，用計算機技術處理圖像信息，可以快速、無損地確認文物當前的保存狀態。此方法同樣適用于書畫、壁畫等文物病害的定量分析和監測。以數據的形式，得出客觀評價結果。數字化定量分析結果不僅可以為文物保護提供診斷資料，還可成為文物鑒定以及美術史研究方面的證據資料。

參考文獻

[1]朱曉麗，張春新，吳中福.“數字拓片”構想及實驗研究[J].同濟大學學報（社會科學版），2011（3）.

[2]朱曉麗.川南宋墓石刻圖式分析及數字拓片研究[D].重慶：重慶大學， 2010.

[3]胡春梅，薛惠敏，夏國芳，等.基于激光點云和近景影像的數字拓片生成方法[J].激光雜志，2017（9）.

[4]王璐.故宮《院藏古書畫、古籍病害分類及圖示》的制作與使用[C]//中國文物保護技術協會第八次學術年會，2014.