超景深光學顯微系統在文博領域的應用現狀和展望

滕昭玉

（貴州省博物館，貴州 貴陽 550001）

近年來，國家對文博事業的投入力度日趨加大，同時相關技術迅猛發展，先進的分析技術和方法在文博領域的應用愈加廣泛，各類分析檢測設備的運用推動了文物保護修復及其相關研究工作朝著科學化、規范化、精細化方向發展。文博領域涵蓋考古、博物館、文物保護及文物利用等多方面，是集中管理和利用國家文化遺產的重要領域，其以文化遺產為核心，涉及國家和民族的文化與尊嚴，核心問題是保護[1]。據報道，我國調查登記的不可移動文物共有76．7萬處[2]，第一次全國可移動文物普查顯示，全國國有可移動文物逾1．08億件（套）。文物資源承載著珍貴的歷史信息，是中華文明的親歷者、見證者和幸存者，因此文物的保護與傳承、活化與利用在文旅融合的時代背景下顯得尤為重要。

顯微鏡自發明以來主要被用于放大觀察肉眼無法直接看到的細微結構或微生物等，其在生物學、醫學、材料學等方面得到了廣泛應用。隨著光電技術、計算機技術和圖像處理技術的發展，顯微觀察技術得以不斷提高，新的顯微觀察設備不斷涌現。作為新型的實時大景深觀察顯微鏡，超景深光學顯微系統在文博領域的遺存發掘與保護中得到了廣泛應用，在顯微觀察、顯微測量、顯微拍攝等方面發揮了重要的作用，并已成為文博領域中應用非常廣泛的現代科技手段之一。本文主要介紹超景深光學顯微系統在文博領域的應用。

1 超景深光學顯微系統簡介

超景深光學顯微系統是精密的光學儀器，它將光學顯微鏡技術、光電轉換技術、數字轉換技術、圖像顯示與處理技術等結合在一起，在觀察物體時可對其進行局部放大、拍攝及測量等，打破了傳統光學顯微鏡的景深限制。使用超景深光學顯微系統除可以觀察薄而透明的材料外，還可以觀察表面起伏的不透明樣品，同時將高質量的圖像實時呈現在顯示器屏幕上，彌補了傳統光學顯微鏡只能通過目鏡觀察的短板。

1.1 超景深光學顯微系統的工作原理

利用超景深光學顯微系統觀察物品表面時，在照明光源的作用下，物品表面反射的光線通過光學顯微系統的內置鏡頭被感光傳感器（電荷耦合器件或互補金屬氧化物半導體）采集，將光學信號轉換為電信號，再通過數字轉換器將電信號轉換為數字信號，最后通過數字信號處理器的處理，將圖像呈現在顯示器上。

1.2 超景深光學顯微系統的優越性

1）超景深光學顯微系統是無損的表面觀察分析方法，適用于所有材質物體的表面顯微觀察分析，具有操作簡單、放大倍率高、圖像清晰的優點。通過傾斜鏡頭支架、電動調控載物臺、手持鏡頭等方式可實現對物體表面全方位、多角度的實時景深觀察，并可對其進行分析、拍攝和測量等。

2）景深是評價顯微鏡性能優劣的一個重要指標，景深小則無法觀察表面凹凸不平的樣品。使用超景深光學顯微系統可以實時原位在線超大景深觀察表面凹凸不平的樣品，看到其深層次的圖像，實現了大景深與高分辨率的兼顧[3]。

3）超景深光學顯微系統是將圖像呈現在顯示器上，而不是像傳統的顯微鏡通過目鏡觀察，這樣使操作過程靈活自如，同時可以多人觀察、討論，提高了工作效率。

4）超景深光學顯微系統集大景深體視顯微鏡、工具顯微鏡、金相顯微鏡等于一體，除了可以對樣品進行顯微觀察、照片拍攝、二維分析和三維測量外，還可以對樣品進行自動拼接，同時實現多臺儀器設備的功能。

2 超景深光學顯微系統在文博領域的應用

在文博領域，超景深光學顯微系統的應用主要集中在文物表面及剖面的觀察、顯微照片拍攝、尺寸數據測量等方面，進而可以對比、推斷文物當時的制作工藝等。隨著文博領域相關技術研究的不斷深入，超景深光學顯微系統在文物保護修復和相關技術研究等方面也發揮了重要作用。

2.1 文物表面顯微形貌觀察

文物表面顯微觀察主要是針對文物表面的文字、紋飾及附著物質的顏色和形狀、疏密程度、凹凸性、瑕疵、裂隙、分布均勻性以及不當修復痕跡等進行觀察。超景深光學顯微系統在還原文物表面的顯微原貌和色彩方面具有優越的性能。

由于壁畫體積較大，病害種類多樣，很多病害人們無法通過肉眼直接發現。馬藝蓉[4]以《男裝幞頭捧盒仕女圖》壁畫的保護修復為例，采用超景深顯微鏡等對畫面眩光處和畫框邊緣壁畫殘塊進行了顯微觀察分析，發現眩光產生的原因是白灰層表面覆蓋著透明發亮的膜狀物質，壁畫殘塊的表面可見鹽性結晶物質析出，不僅說明壁畫曾被人為添加過表面涂層，還可以解釋壁畫產生酥堿病害是鹽害所致，這為制定科學的保護修復方案提供了幫助。

2.2 照片拍攝及分析

在文物表面顯微觀察過程中，超景深光學顯微系統除可以在固定倍率下觀察外，還可以進行景深合成，從而顯示清晰的圖像。在照片拍攝和保存過程中，超景深光學顯微系統可以將觀察條件等信息同時保存，通過內置軟件實現二維（長度、寬度、角度、直徑、面積等）尺寸測量和三維測量等。

石磐一直被視為重要的禮儀樂器，是權力的象征。許衛紅等[5]對石磐殘段的股博、股、旁等部位進行了超景深顯微觀察和測量，發現股博存在方向一致、粗細不同的白色劃痕，劃痕寬度最窄處約為68.867μm；旁部可見縱、橫向劃痕，其中一面有明顯的集中凹陷，最大凹陷處的周長約5.502 mm，面積為2.078 mm2，為解釋石磐為實用器而非冥器提供了佐證。

2.3 制作工藝研究

文物具有多元的證史價值，除可以反映特定社會背景下的社會風氣、社會習俗和歷史文化外，通過觀察、分析文物的制作工藝還可以推斷當時的制作工藝水平和工藝發展演變過程等。例如劉珺等[6]利用超景深顯微系統等設備對西亞斯東周墓地出土的部分玉器的紋飾、鉆孔等微痕特征進行了觀察分析，研究了其制作工藝。玉器表面紋飾微痕特征表明，玉器表面紋飾主要采用陰刻工藝，鉆孔工藝和鉆孔方式多樣，不同材料屬性的玉器采用了不同的加工工藝，揭示了玉器加工工藝與材料屬性和器型之間存在一定的聯系。

2.4 文物保護修復研究

文物保護修復方法的研究離不開顯微觀察，通過顯微觀察可以評價文物保護修復方法、手段、技術的可行性，從而為文物保護技術、方法、材料選擇等提供科學依據。例如，易溶鹽的反復結晶過程所產生的體積變化是導致土遺址表面跡象破壞的主要原因，張曉英等[7]采用重塑土樣進行梯度模擬實驗，利用超景深顯微鏡測定經氣候老化箱老化后的鹽脹面積，以此判斷土樣的破壞程度，結果表明含鹽量超過0.1%時鹽脹面積會出現突增。可見，超景深的運用豐富了土遺址病害的評估方法。

3 超景深光學顯微系統在文博領域應用存在的問題

從前文所述超景深光學顯微系統在文博領域的應用可知，該技術幾乎涵蓋了文物保護修復及其相關技術研究的方方面面，但在數據庫配套、照明安全性能等方面有待進一步完善和提高。

3.1 亟待建立配套的數據庫資源

目前，超景深光學顯微系統的應用報道涵蓋了壁畫[4]、金屬器[8]、陶瓷器[9]、竹木器[10]、紡織品[11]、紙質文物[12]等領域，其應用方式集中于微觀形貌的觀察，尚未見到超景深光學顯微系統在金屬器的金相觀察及金相組織辨別、紡織品和紙質文物的纖維種類觀察及辨別方面的文獻報道。由于金相組織結構多樣，構成紡織品和紙質文物的材質繁多且纖維結構不同等因素，配套的金相圖譜數據庫、植物纖維圖譜數據庫等數據庫資源還比較欠缺。可以探索建立金相圖譜數據庫、植物纖維圖譜數據庫等相關的數據庫，以便在金相組織結構觀察、纖維種類觀察過程中與數據庫智能匹配，縮短分析時間。

3.2 照明安全性能亟待提升

為了滿足觀察不同物體的需要，超景深光學顯微系統的照明光源有金屬鹵素光源和高亮度、高色溫LED白光照明等，其中白光照明條件下所拍攝的圖像還原性較好，應用最為廣泛。但是根據文物保護的相關要求，對光特別敏感的展品其照度標準值不能超過50 lx[13]，因此一方面需要提高顯微觀察效率，縮短照射時間，一方面需要在技術層面對照明系統進行優化。

3.3 無法滿足小腔體文物的觀察需求

雖然超景深光學顯微系統具備手持觀察的便攜性能，但是由于變焦鏡頭較大，無法滿足觀察小型文物內部腔體的要求。

4 超景深光學顯微系統在文博領域的應用展望

超景深光學顯微系統在文物病害觀察及分析、制作工藝觀察及研究、顯微測量等方面發揮了重要作用，未來將會在病蟲害現狀調查、文物鑒定等方面得到更為廣泛的應用。

4.1 文物病蟲害調查

在眾多類型文物藏品中，紡織品、紙張以及竹木器等有機質類文物很容易受到霉菌、昆蟲和鼠類的破壞，尤其是在發生霉菌、昆蟲破壞等病害的初期很難被發現。已有文獻報道顯微鏡可以對霉菌的形態、昆蟲結構等進行觀察等[14-15]，但目前尚未發現超景深光學顯微系統在文博領域的霉菌、蟲害調查中的應用報道。隨著預防性保護理念的不斷深入，超景深光學顯微系統未來在文物的霉變、蟲害和病害調查及評估、文物病害機理分析、文物健康評估等方面必將發揮重要作用。

4.2 文物鑒定

為了充實館藏，豐富藏品種類，深化展覽內涵，文博單位會面向社會征集相關文物。以往的文物征集和鑒定基本是利用考古和實踐經驗通過目測、手摸等手段進行，超景深光學顯微系統的應用可以輔助文物鑒定，通過顯微觀察分析對制作工藝、器物表面狀態等進行無損的科學分析和鑒定。

5 結束語

黨的十九大報告提出要加強文物保護利用和文化遺產保護傳承，這是文博事業的任務和使命。超景深光學顯微系統將會在文博領域的預防性保護、保護修復、文物鑒定等方面發揮重要作用。