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Aplicación de la tecnología de imágenes hiperespectrales en la identificación de pigmentos en reliquias culturales

Aplicación de la tecnología de imágenes hiperespectrales en la identificación de pigmentos en reliquias culturales

2024-11-29 13:23


Mi país es un país con una civilización antigua de 5.000 años. A lo largo de la historia, la gente ha conservado estas civilizaciones culturales en una gran cantidad de

caligrafías, pinturas y murales, y ha mostrado su belleza y valor a las generaciones presentes y futuras. En estas ricas caligrafías y pinturas, los colores coloridos son

los materiales que la gente se da a sí misma para imaginar y crear con audacia. Este espacio colorido se expresa vívidamente mediante el uso de diferentes pigmen

tos y diferentes técnicas. Si el tema de la pintura es la fuente espiritual de cada caligrafía, pintura y mural, entonces los ricos pigmentos son el fuerte soporte material

de cada caligrafía, pintura y mural. El estudio e identificación de pigmentos antiguos es un proceso de estudio del desarrollo de la civilización antigua. El uso de

pigmentos en diferentes dinastías y regiones está estrechamente relacionado y avanza constantemente. La edad de las reliquias culturales se puede inferir a partir de

la identificación material de los pigmentos, y el cambio de dinastías y desarrollo regional se puede inferir a partir del uso y los cambios de pigmentos entre diferentes

reliquias culturales. Este artículo utiliza tecnología de imágenes hiperespectrales para realizar una investigación de identificación no destructiva de pigmentos antiguos

, utiliza cámaras hiperespectrales para recopilar datos de caligrafía, pintura y murales, e identifica pigmentos de forma no destructiva mediante la creación de una base

de datos espectral y una tecnología de comparación espectral.


En este estudio se aplicó una cámara hiperespectral de 400-1000 nm, y el producto FS13 de Hangzhou Caipu Technology Co., Ltd. se puede utilizar para la investigación

relacionada. El rango espectral es de 400-1000 nm, la resolución de longitud de onda es mejor que 2,5 nm y hasta 1200 canales espectrales. La velocidad de adquisición

puede alcanzar 128 FPS en el espectro completo, y la más alta después de la selección de banda es de 3300 Hz (que admite la selección de banda multirregional).






Como las reliquias culturales han sido bautizadas por los años y expuestas al aire durante mucho tiempo, el aglutinante en la capa de pigmento se ha deteriorado y oxidado gradualmente. Por lo tanto, la recopilación de datos de la capa de pigmento de las reliquias culturales se puede atribuir aproximadamente a la recopilación de material particulado (pigmento) únicamente. Por lo tanto, la identificación de pigmentos basada en espectroscopia de reflectancia elimina naturalmente la influencia de los aglutinantes en el espectro de pigmentos, de modo que los espectros de los pigmentos de las reliquias culturales se pueden comparar estableciendo una biblioteca de espectros de pigmentos estándar del laboratorio para obtener los resultados de identificación. Una forma más complicada pero absolutamente efectiva de identificar pigmentos utilizando reflectancia espectral es establecer una gran base de datos espectral. La base de datos espectral no solo debe tener datos espectrales de pigmentos puros, sino también datos espectrales de pigmentos mixtos de diferentes tipos. Al mismo tiempo, se debe considerar la influencia del pegamento y el alumbre en la capa de pigmento. Por lo tanto, se debe recopilar una gran cantidad de datos experimentales, pero esto por sí solo está lejos de ser suficiente, porque la capa de pigmento en la superficie de las reliquias culturales antiguas es compleja, no solo pigmentos, sino también pegamento oxidado. En los murales de templos y murales de tumbas subterráneas que han estado en mal estado durante mucho tiempo, habrá otro polvo en la capa de pigmento y los restos de corrosión bacteriana, que son extremadamente comunes en la superficie de las reliquias culturales. Debido a la complejidad y variabilidad de estos múltiples factores, no es un trabajo de un día construir una biblioteca completa de espectros de pigmentos, sino que requiere años de complementación y mejora. Afortunadamente, cuando estaba estudiando una caligrafía y pintura de la dinastía Ming, descubrí que los resultados de coincidencia espectral de los pigmentos minerales relativamente puros en la caligrafía y la pintura eran muy buenos, por lo que la idea y el enfoque de este estudio es estudiar el espectro de pigmentos puros. El mapa parcial de esta caligrafía y pintura de la dinastía Ming y los resultados de coincidencia espectral se enumeran a continuación:


Los datos recopilados por la cámara hiperespectral también se denominan cubo de imagen hiperespectral. Se componen de imágenes de diferentes bandas. La dirección de la flecha es la dirección de su banda, desde la banda de luz visible hasta la banda del infrarrojo cercano. Los datos se componen de docenas o miles de imágenes de diferentes bandas en la misma área superpuestas entre sí. La curva espectral de cualquier pigmento se puede obtener a través de los datos de la imagen hiperespectral, y luego la distribución de la sustancia objetivo en el espacio se puede obtener a través de la curva espectral de cualquier pigmento utilizando el algoritmo de clasificación. Seleccionamos píxeles en diferentes pigmentos en la imagen para obtener la curva espectral correspondiente al píxel. Seleccionamos la curva espectral correspondiente al oro y luego usamos el algoritmo de llenado del ángulo espectral para establecer el umbral de similitud coincidente en 0,1 para obtener la distribución del pigmento de oro en el espacio de la imagen.


Efectos del ruido de los instrumentos

En el proceso de recopilación de datos de los instrumentos reales, dado que se recopilan muchos datos, es imposible capturar un archivo de corriente oscura

correspondiente para cada imagen. El estudio de la ley cambiante del ruido de los instrumentos ayuda a asignar razonablemente el tiempo para recopilar datos de

corriente oscura durante el proceso de recopilación del proyecto, lo que ahorra tiempo de recopilación y mejora la eficiencia del trabajo al tiempo que garantiza la

calidad de la recopilación de datos.


El plan experimental es: colocar la cámara en el interior, simular el entorno de recopilación al aire libre para capturar datos de corriente oscura y cubrir estrictamente

la lente de la cámara con la tapa de la lente. Recopilar datos de corriente oscura una vez en cada intervalo. El plan de configuración del tiempo de recopilación de

corriente oscura es el siguiente:




Los datos de corriente oscura recopilados se procesan de la siguiente manera: la corriente oscura en otros momentos se resta de la primera corriente oscura, y se calcula el valor promedio de cada banda (400 nm-1000 nm) de los datos restados, y luego el valor promedio de cada banda se traza en una curva para observar los cambios en la corriente oscura en diferentes bandas. Resultados experimentales:


Los resultados experimentales muestran que el valor promedio de los datos de corriente oscura en cada banda (400 nm-1000 nm) después de la sustracción es casi 0,

y la fluctuación máxima


no supera 0,4, lo que significa que el cambio de corriente oscura en diferentes períodos de tiempo es casi cero, y casi no tiene impacto directo en


el cambio de datos experimentales.


Inspiración experimental: El rendimiento de trabajo de la cámara hiperespectral VNIR400H es estable y la corriente oscura no cambia mucho. Permanece


en un valor estable. No es necesario considerar demasiado la influencia de los datos de ruido del instrumento. Puede disparar 1~2 veces en un intervalo corto (un


área de adquisición).


Resumen Este capítulo controla y experimenta los parámetros que afectan los datos de la cámara hiperespectral para obtener datos de imagen y


datos espectrales precisos. A través de experimentos, se ha descubierto que la influencia de la iluminación y la corriente oscura del instrumento en los datos no es

grande, y la


distancia focal casi no tiene efecto en el espectro de reflectancia del píxel de datos corregidos, mientras que el tiempo de exposición tendrá cierta influencia en la


formación de datos espectrales. A través de una serie de experimentos, tenemos una mejor comprensión del rendimiento del instrumento, lo que también proporciona

una sólida


garantía para la posterior recopilación de datos y el establecimiento de una biblioteca de espectros de pigmentos.