高光谱成像技术因其具有无损分析、光谱范围广、光谱分辨率高、图谱合一等特点，已广泛应用于书画、壁画、油画文物的无损检测分析，在图像信息增强、隐藏信息提取、底稿线提取和颜料分析等方面具有明显优势。

数字全息技术基于激光干涉原理可记录三维物体的全部信息（相位信息和振幅信息），不仅能实现三维形貌检测，同时也能结合外部激励方式，通过干涉条纹的异常特征表征被测物体表面或亚表面的微观形变，非常适合于壁画文物浅表层的缺陷检测。

基于上述两种技术，故宫博物院与新疆维吾尔自治区文物考古研究所，依托中国-希腊文物保护技术“一带一路”联合实验室的分析技术与科研协作平台，对新疆丹丹乌里克遗址出土壁画（CD4:04）（图1）开展联合研究。该壁画长57.5cm，宽113cm，绘于佛寺的细草泥墙壁上，新疆文物考古研究所对这所佛寺进行抢救性发掘时，将该壁画揭取后带回，并开展了一系列保护修复工作。但该壁画仍存在图案模糊的区域，并且需对该壁画的加固修复情况进行评估，监测其浅表面肉眼不可见的缺陷，以便更好的对其进行保存。

针对壁画文物大幅面的特点，以及颜料识别、底稿线提取和浅表层缺陷勘察的研究需求，利用高光谱成像技术获取壁画颜料分布等信息，对模糊画面进行图像增强并挖掘其中可能存在的隐藏信息，以及提取底稿线信息；利用激光全息散斑干涉技术检测壁画形变及浅表层缺陷情况，监测可能发生缺陷扩展情况的区域。

图1  新疆丹丹乌里克遗址出土壁画

基于大幅面高光谱成像技术在图像增强和无损获取文物隐藏信息方面的优势，开展基于主成分分析（PCA）、最小噪声变换（MNF）等数据处理方法的研究，将获得的特定几个主成分图像进行合成，所得的假彩色合成图像可以有效地增强显示原本模糊不清的图案。图2展示了丹丹乌里克遗址出土壁画经PCA变换处理后的高光谱假彩色合成图像，有效的将肉眼难以辨认的图案（脚趾、灯笼等）进行增强显示。

图2  基于PCA法对新疆丹丹乌里克遗址壁画高光谱图像的分类分析，通过对不同主成分假彩色合成达到图像增强的效果

此外，利用高光谱数据探索丹丹乌里克遗址出土壁画底稿线提取的特征参数，如图3所示，通过光谱分析可知，981.96nm波段图像较适用于底稿线条提取，并基于阈值分割的方法（RS<0.22）提取到该壁画的底稿线。该方法可有效提取壁画的底稿线条，对于研究壁画的绘制工艺和绘画技法等具有十分重要的意义。

图3  上图为981.96nm波段高光谱图像，下图为底稿线条提取结果

针对新疆丹丹乌里克遗址出土壁画研究需求，为了分析该壁画文物浅表层肉眼不可见的缺陷，检测其保护修复效果并预测缺陷扩展情况，以便更好的进行保存，利用项目研制的文物专用激光全息散斑干涉平台对该壁画进行分析。检测区域如图4，降噪后变形条纹图和缺陷或异常结构相位分布情况见图5。在检测过程中，声波发生器靠近图5中的（1）、（16）和（17）这一侧，由于声波距离的关系，上述三个区域及靠近区域的条纹密度都较高。而在分析条纹密度时，区域（5）虽然距离声波发生器较远，依然具有较高的条纹密度，说明此处的整体松动程度更高。图5（b）中红色虚线标注出的区域表明该处出现应力异常情况，可能会存在继续劣化的风险。区域（24）在采样时，由于前期样本平移具有积累误差，拍摄到了边缘的塑料保护壳，在条纹图中显示出了异常密度的条纹，图5（b）中的区域（24）的相位值上下限也说明了这个问题，而在消除了球面波之后依然保存了壁画的缺陷位置。

图4  新疆丹丹乌里克遗址出土壁画文物照片及检测区域