针对主观颜色分析受照明光源、观察者等因素影响的问题,本文采用可见光谱识别不同朝代典型壁画的颜料信息,然后根据色度学理论,客观地分析了古代壁画的颜色特征和历史流变。本文搭建了非接触式获取系统,并采用该系统对莫高窟不同朝代典型洞窟壁画的可见光谱数据进行了无损采集。此外,本文模拟古代工艺制备颜料样本,测量其可见光谱和粒径尺度数据,建立颜料标准数据库。分析颜料的可见光谱与其物质成分、粒径及颜色特性之间的关联,并据此构建基于可见光谱的壁画颜料的识别方法,识别莫高窟典型洞窟壁画的颜料信息。本文通过将识别的颜料信息与颜料标准数据库数据进行对比,客观地分析了莫高窟壁画的颜色特征和历史流变。

为解决传统光谱匹配算法对同色系不同颜料物质光谱数据匹配识别精度不高的问题,提出了一种自适应阈值的编辑距离光谱匹配算法;研究了如何利用编辑距离对光谱反射率曲线差别敏感的特性来提高匹配精度的方法,同时通过自适应设定编辑距离的判定条件来减小算法匹配同种物质时在不同条件下光谱数据的误差。结果表明:与传统光谱匹配算法相比,自适应编辑距离算法的匹配精度更高,对颜料的识别结果更好。

作为一种无损分析技术,拉曼光谱近几十年来被越来越广泛地应用于文物艺术品分析和考古学领域。色彩是艺术品的灵魂,颜料分析是研究文物艺术品的一个重要课题。本文利用显微拉曼光谱技术,测量了龙门石窟洞窟中彩绘使用的颜料的拉曼光谱,通过对这些光谱的解析,对颜料的化学成分做出了识别。利用X射线荧光光谱进行的元素分析确定金色装饰为高纯度黄金,扫描电镜分析进一步测出了贴金的厚度。这些分析结果对于进一步开展龙门石窟彩绘的保护和修复有着重要的参考价值。

针对取样分析技术破坏壁画文物完整性问题, 提出非接触式可见光谱法原位无损识别壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的方法。 构建非接触式获取平台原位无损采集壁画文物表面可见光谱; 通过调研和实测数据分析, 制备了壁画矿物质颜料可见光谱数据库。 分析数据库中的光谱数据发现: 同种化学成分的颜料具有相同的吸收特性, 表现为光谱曲线峰值位置和几何轮廓的相似性; 在不同粒径下又呈现出不同的散射特性, 表现为光谱曲线幅度的差异性。 为此, 构建了壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的可见光谱法无损识别流程和识别方法, 即提取光谱曲线几何轮廓特征构建表征空间实现了颜料物质成分的识别; 在此基础上, 提出了矿物质颜料需进行物理特征识别的理念, 并建立了光谱曲线幅度积分值与颜料平均粒径间的拟合关系, 实现颜料粒径识别。 以敦煌莫高窟壁画为例验证了该方法的可行性。