文物红色系颜料高光谱识别指数研究

红色系矿物颜料曾被艺术家们大量地使用在古画和古建筑上。正确地识别出不同种类的红色系颜料对于文物监测与修复具有重要意义。传统的颜料识别主要依靠化学分析,不仅识别速度慢、识别范围小,而且对文物进行取样操作会造成文物的永久损伤。高光谱技术对颜料进行无损识别可以很好地解决这些问题。选用辰砂、胭脂、银朱、朱膘、朱砂、赭石、赭粉、铁红、土红、西洋红10种红色系矿物颜料作为研究对象,使用地物光谱仪在暗室中获取这10种红色系颜料在350~2500nm波段内的高光谱数据原始数字(DN)影像,经反射率校正,得到可直接用于光谱分析的反射率数据及光谱曲线。基于10种红色系颜料不同的光谱曲线特性,分两步筛选获取被区分颜料即目标颜料的光谱特征波段。取目标颜料光谱曲线的极值点作为特征波段,可以筛选得到目标颜料的初选光谱特征波段。将其余9种颜料在初选光谱特征波段上对应的反射率与目标颜料在此波段上的反射率做差,对于差值,筛去离群值后求平方和,不同波段对应不同的差值平方和,选取差值平方和较大的前4个波段作为优选后的光谱特征波段。基于归一化光谱指数模型公式[NDSI=(R_(a)-R_(b))/(R_(a)+R_(b)),R_(a)和R_(b)分别为目标颜料在光谱特征波段a和b处的反射率值]对10种红色系颜料分别构建归一化光谱指数,将目标颜料与其余9种红色系颜料在同一光谱特征波段处计算得到的光谱指数进行对比分析,计算目标颜料光谱指数与其余颜料光谱指数的区分度,以此作为评价区分效果的指标。对于最终优选出的4个光谱特征波段,可构建6个归一化光谱指数,选择最小区分度最大的归一化光谱指数作为目标颜料的光谱特征指数。研究结果显示,在通过各自的光谱特征指数进行区分时,每种目标颜料与其他颜料的最小区分度都保持在0.7以上(大于0.5可认为区分明显),说明上述方法可以对各红色系颜料进行准确区分,对于文物颜料的快速准确识别具有实践意义。