《樂舞圖》韓休墓中的一幅壁畫《樂舞圖》，左側(cè)地毯前的男子可以隱約發(fā)現(xiàn)改動的痕跡(上圖)，經(jīng)過對高光譜圖像的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，左側(cè)地毯前的男子處原先畫了一個(gè)小孩(下圖)，后來被修改成了大人。

　　高光譜成像儀獲取的不再是可見光的圖像，而是顏色光譜反射率的信息，所以不會產(chǎn)生普通相機(jī)在不同光源照射下呈現(xiàn)相同顏色的色差問題，進(jìn)而完整且真實(shí)地還原色彩與壁畫的狀態(tài)。不僅如此，近紅外波段到短波紅外波段對顏料有穿透能力，這意味著高光譜成像儀可以透視壁畫。

　　1月15日，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所(以下簡稱西安光機(jī)所)與陜西歷史博物館正式簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議。未來，雙方將在古代壁畫典型顏料庫建設(shè)項(xiàng)目和“流動博物館”兩個(gè)項(xiàng)目上開展合作。

　　這次合作的基礎(chǔ)建立在西安光機(jī)所擁有的光譜成像技術(shù)、光學(xué)超高分辨率成像等先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上。這些曾經(jīng)在軍工領(lǐng)域大顯身手的前沿技術(shù)，在壁畫發(fā)掘與保護(hù)工作中也脫穎而出，成為記錄壁畫原始信息、辨別顏料成分的“利器”。

　　看出顏料成分

　　在古代，顏料多以礦物質(zhì)、植物等自然物質(zhì)為主，經(jīng)過幾千年智慧的積累，同一種顏色可以用不同的物質(zhì)表達(dá)，“比如紅色就包括朱砂、赭石、鉛丹等物質(zhì);黃色則可能是纖鐵礦、密陀僧或雌黃等?！标兾鳉v史博物館壁畫基地辦公室副主任王佳在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)舉例說。所以即便看到同一種顏色，也無法立刻判斷到底是哪種物質(zhì)產(chǎn)生的顏色?！拔谋９ぷ髡呖吹奖诋嫷牡谝粫r(shí)間就想知道顏料的成分。因?yàn)楸诋嫷膬r(jià)值體現(xiàn)在表達(dá)內(nèi)容上，顏料又是表達(dá)內(nèi)容最重要的手段之一?！蓖跫蜒a(bǔ)充道。

　　既然無法通過肉眼觀察得到結(jié)論，那么儀器分析就必不可少?！拔覀円恢痹趪L試，通過光學(xué)顯微鏡、X射線熒光、激光拉曼等手段分析，只是精確的儀器往往體積比較龐大，無法帶到發(fā)掘現(xiàn)場。所以只能從壁畫上刮取樣品帶回去檢驗(yàn)。這樣的取樣化驗(yàn)的方法不可避免會對畫作造成損害?！蓖跫褵o奈地說。

　　高光譜成像儀的出現(xiàn)，讓這些“無奈”迎刃而解?！案吖庾V成像儀分析顏料成分時(shí)完全不需要刮取顏料，是通過與壁畫保持一定距離而進(jìn)行非接觸式掃描實(shí)現(xiàn)的。它判斷顏料成分的依據(jù)是不同礦物質(zhì)具有的光譜特征不同?？梢哉f，光譜反射率是物質(zhì)的‘指紋’，可以用來識別物質(zhì)?！蔽靼补鈾C(jī)所副研究員張朋昌告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者。而且，相較于精確度與體積無法“兼得”的大型儀器，高光譜成像儀經(jīng)過西安光機(jī)所的不懈努力，已經(jīng)可以適應(yīng)較狹窄的場地，進(jìn)行現(xiàn)場勘測。這些都為建立顏料庫提供了基礎(chǔ)。

　　而在此協(xié)議簽訂之前，我國并沒有對古代畫作特別是壁畫的顏料光譜特征開展過系統(tǒng)的研究。因?yàn)榕c其他文物的修復(fù)工作相比，壁畫修復(fù)的工作起步較晚?！氨诋嫷目脊虐l(fā)掘工作從上世紀(jì)五六十年代才開始，至今也不過只有六七十年的時(shí)間。國內(nèi)開展顏料測定工作時(shí)間更短，所以目前并沒有系統(tǒng)的顏料資料庫?！蓖跫呀忉屨f。

　　發(fā)現(xiàn)高光譜成像儀可以分辨顏料成分起源于2013年，當(dāng)時(shí)陜西歷史博物館的考古人員正在發(fā)掘唐朝宰相韓休的墓葬。韓休墓的發(fā)現(xiàn)，與一起盜墓案密不可分。

　　記錄原始色彩

　　2006年，陜西省西安市民警破獲了一起盜墓案，在查看被收繳的硬盤時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一組壁畫的照片。從照片中可以清楚地看出壁畫繪制精美，人物神情惟妙惟肖。通過衣著體態(tài)和面容形象，專家判斷這是盛唐時(shí)期的墓室壁畫。經(jīng)過幾年的審問，盜墓人終于吐露，這是從位于西安南郊郭辛莊村的一處古墓內(nèi)拍攝的。

　　2013年，這一墓葬在西安市長安區(qū)大兆街辦郭辛莊村被發(fā)現(xiàn)。在進(jìn)行搶救性發(fā)掘時(shí)，考古人員發(fā)現(xiàn)該古墓是唐代官員韓休與夫人合葬之墓。墓葬深約11米，坐北向南，墓道至墓室總長約40米。雖然遭到嚴(yán)重盜擾，但墓葬形制基本保存完整，還出土了雞、鴨、牛、馬、駱駝等陶質(zhì)文物140余件。更讓考古者們驚喜的是墓中的壁畫幾乎被完整地保留下來且精美絕倫。

　　墓室內(nèi)，東壁繪制的是樂舞圖，西壁是6幅條屏式的樹下高士圖，南壁是玄武圖，在北壁的東部則發(fā)現(xiàn)了山水圖。但遺憾的是，西壁的6幅圖中有兩幅不翼而飛，南壁的玄武圖也被破壞殆盡;幸運(yùn)的是，東壁滿繪的樂舞圖是近10年來，陜西省發(fā)現(xiàn)的最完整的樂舞圖，圖中男性胡人樂隊(duì)和女性唐人樂隊(duì)就像斗舞一般，在春日的閑暇時(shí)光里為墓主人表演，“這幅壁畫恰巧反映了唐代絲綢之路的繁榮，我國與其他國家的互聯(lián)互通，為現(xiàn)代‘一帶一路’的發(fā)展提供了證據(jù)”。王佳說。更重要的是，北壁東部發(fā)現(xiàn)的山水畫也將我國山水畫成熟期提前。“以前，專家們一直認(rèn)為山水畫的成熟期是在宋代，但是這幅壁畫中山水的畫法顯示，在唐朝山水畫已經(jīng)進(jìn)入了成熟期?！蓖跫颜f。

　　為了更好地將壁畫完整地記錄下來，陜西歷史博物館邀請西安光機(jī)所加入到保護(hù)壁畫的工作中?！耙?yàn)槟寡ù蜷_后，空氣會讓顏料的成分不穩(wěn)定，進(jìn)而產(chǎn)生變化。高光譜成像儀可以第一時(shí)間將顏色記錄下來?！睆埮蟛忉屨f。

　　透視涂改痕跡

　　高光譜成像儀果然不負(fù)眾望，其可以接近100%復(fù)原壁畫的被發(fā)掘的狀態(tài)，甚至可以還原壁畫曾經(jīng)修改的部分。這雙“慧眼”得益于高光譜成像儀可以覆蓋范圍更廣的光譜。

　　從原理上講，光是一種電磁波，但是人眼可見的波段有限，即400nm至760nm波段，普通相機(jī)拍出的照片呈現(xiàn)的便是可見光的部分。而在760nm~2500nm的波段，雖然人眼看不到，卻可以被儀器捕捉到，比如一些紅外相機(jī)等就可以呈現(xiàn)一部分波段的圖像。

　　高光譜成像儀則覆蓋了光波更廣的范圍，包括可見光、近紅外(760nm~1000nm)和短波紅外區(qū)域(1000nm~2500nm)。“我們可以再將400nm至2500nm區(qū)間的波長劃分為寬度為N納米的區(qū)間。對于同一幅場景，我們按波長從小到大依次用每一個(gè)區(qū)間波長的光去拍攝圖像，將得到2500~400/N幅圖像，這組圖像作為整體被稱作高光譜圖像?！睆埮蟛忉屨f。

　　正因?yàn)楦吖庾V成像儀獲取的不再是可見光的圖像，而是顏色光譜反射率的信息，所以不會產(chǎn)生普通相機(jī)在不同光源照射下呈現(xiàn)相同顏色的色差問題，進(jìn)而完整且真實(shí)地還原色彩與壁畫的狀態(tài)。不僅如此，近紅外波段到短波紅外波段對顏料有穿透能力，“這意味著我們可以透視壁畫”。張朋昌說。

　　在對樂舞圖進(jìn)行掃描時(shí)，張朋昌等人就發(fā)現(xiàn)左側(cè)地毯前的男子隱約有改動的痕跡。經(jīng)過對高光譜圖像的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了研究人員的想法：左側(cè)地毯前的男子處原先畫了一個(gè)小孩，后來被修改成了大人。更有意思的是，墓室壁畫中類似的涂改還有多處，比如，在壁畫右側(cè)地毯左下角還有一處被涂改掉的兔子。那么，為何墓室的壁畫會被涂改，這些被涂改的內(nèi)容與后來的成人有何關(guān)系?高光譜成像儀的發(fā)現(xiàn)為后續(xù)的研究工作提出了更多的問題。

　　除了“看到”畫中被涂改的痕跡，高光譜成像儀還能夠?qū)⒓?xì)小的裂紋完整呈現(xiàn)，“這些細(xì)節(jié)反映了壁畫的健康狀況，對后期對其修復(fù)和保護(hù)工作都能提供思路，如果被忽略則可能錯過重要的信息”。張朋昌說。

　　為了完美地將細(xì)節(jié)復(fù)原，高光譜成像儀對工作環(huán)境的要求也是極高的，“首先要摒除一切環(huán)境光的干擾”，張朋昌說。所以在工作時(shí)，他們會將墓室內(nèi)的環(huán)境光屏蔽，同時(shí)打開自己攜帶的光源，“將無關(guān)光源擋住后才能保證高光譜成像儀采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確?！睆埮蟛^續(xù)解釋道。

　　效力后續(xù)文保

　　參與韓休墓壁畫的發(fā)掘工作讓張朋昌難忘，因?yàn)檫@是對高光譜成像儀應(yīng)用領(lǐng)域開拓的嘗試，同樣將這次經(jīng)歷銘記于心的還有王佳，他說：“這是我第一次進(jìn)入真正的墓室，之前我一直在博物館內(nèi)的文物修復(fù)室工作?！彼€記得在發(fā)掘的不到兩年時(shí)間內(nèi)，作為發(fā)掘人員，他們經(jīng)歷了地上接近40攝氏度高溫，墓葬中卻只有十幾攝氏度的高溫差?！爱?dāng)時(shí)是夏天，室外溫度極高，但墓室內(nèi)因?yàn)樵诘叵?1米的地方，所以溫度不高。而且里面空氣不新鮮，我們每隔半個(gè)小時(shí)就要爬到地面上透透氣?！蓖跫颜f，“計(jì)算下來一天的爬上爬下的距離與攀上30層樓相差無幾?！倍?，很多在實(shí)驗(yàn)室可以使用的材料在墓室內(nèi)卻失效了。于是一邊開發(fā)尋找新的材料，一邊抓緊時(shí)間進(jìn)行壁畫揭取工作。當(dāng)王佳看到壁畫安全運(yùn)到博物館并修復(fù)完成后，“覺得吃再多苦都值得”。

　　壁畫的發(fā)掘工作的成功也讓雙方看到了進(jìn)一步合作的前景。于是就有了簽訂協(xié)議建立顏料庫的一幕?！拔覀儗酿^藏壁畫入手，慢慢擴(kuò)展。”王佳說，“希望最終形成中國古代壁畫的顏料庫。”目前，我國古代壁畫一般被分為三類，包括墓葬壁畫、石窟壁畫和建筑壁畫。但有些壁畫因?yàn)楦鞣N原因無法保留在原地，就會被搬遷到博物館或其他文保單位進(jìn)行修復(fù)保護(hù)，被稱為館藏壁畫?！澳壳?，我國陜西地區(qū)大部分被發(fā)掘的唐代墓葬壁畫都在陜西歷史唐代墓葬壁畫博物館內(nèi)。”王佳介紹說。

　　在發(fā)掘現(xiàn)場，韓休墓中的壁畫除了一部分被高光譜成像儀掃描過外，還有很大一部分因?yàn)檩^為脆弱，不適宜當(dāng)場掃描，直接被揭取后收入博物館進(jìn)行修復(fù)?，F(xiàn)在，壁畫的修復(fù)工作接近完成，接下來又到了高光譜成像儀大顯身手的時(shí)候?！拔覀円彩沁厡?shí)踐邊研究，關(guān)于算法的研究工作一直在進(jìn)行。”張朋昌說。

　　王佳也表示，除了顏料資料庫的合作外，還能通過科技進(jìn)行哪些文保工作需要具體再探討?！拔覀儗⒗^續(xù)與西安光機(jī)所召開研討會，先介紹我們修復(fù)的手段和過程，雙方再從過程中尋找科技的靈感。”