淺談藝術品多光譜再現技術

桑愷陽 林茂海 吳光遠 劉奔

藝術品是人們在生產生活中對大自然以及人類自身的記錄與體現，通過多種表現形式，詮釋人們對美的理解與追求。藝術品作為我國古代文明和文化的重要載體，它為研究古代的文化、政治、科技、經濟等方面提供了大量的實物素材，特別是其表面的顏色信息使其具有極高的藝術價值和研究價值。隨著時間的推移，藝術品難免會出現風化、霉變、剝落等問題，導致藝術品的顏色信息存在褪色、掉色、變色等問題。鑒于藝術品表面顏色信息的珍貴性和損壞不可逆性，迫切需要對文物的顏色信息進行高保真、高品質地獲取與再現。

藝術品再現技術

目前，藝術品再現有3種技術，如下：

①人工臨摹。人工臨摹必將會摻雜臨摹者的筆墨個性，因此只能夠取其大意，不能夠完美地將其筆墨神韻呈現出來。

②傳統雕版水印工藝的復制。傳統雕版水印工藝的復制工藝繁雜，要求操作人員有極高的雕刻與繪畫技能，因此費工費時、成本高，而且雕版也難以保存，更難以承擔成百上千件作品的復制任務，而近代陸續出現的珂羅版技術、銅版印刷、絲網印刷和膠版印刷等方法，亦有難以克服的局限。

③數碼仿真技術。色彩管理是采用數碼仿真技術進行藝術品復制的關鍵和核心，是以色彩空間變化為核心的色彩控制技術。它通過色彩空間轉換來實現色彩逼真地再現。由于可調性好，且最大可能追求與原作的一致性，因此是目前藝術品復制常用的技術。

藝術品多光譜再現技術

現有藝術品顏色信息的再現技術僅僅能夠表示在特定外界觀察環境和光源下藝術品表面的顏色信息，而當外界觀察環境發生變化時，藝術品顏色與再現顏色就不再匹配，是因為藝術品顏色與再現顏色的光譜反射率存在差異，丟失了藝術品顏色的光譜信息，導致出現同色異譜問題。

1.藝術品多光譜再現技術的原理

多光譜顏色再現是指原圖像顏色與復制品顏色具有完全一致的光譜反射率。基于多光譜的藝術品顏色信息再現方法以光譜反射率為媒介，能夠實現在任意外界觀察環境下藝術品顏色與再現顏色之間的匹配，進而有效地滿足各種高精度顏色信息獲取和高保真顏色再現的需求，從根本上保證藝術品顏色再現的一致性，其技術原理為：

首先，在多個濾色片對光線選擇性透過的基礎上，采用多光譜圖像采集設備獲取源圖像，并獲得源圖像的多光譜數據，再利用光譜反射率重建算法獲得源圖像表面顏色的多光譜圖像；然后，根據光譜降維技術構建光譜設備無關連接空間（ICS）解決高維光譜數據存在的信息冗余問題，在此基礎上可對目標設備光譜域進行描述，將多光譜圖像映射到目標設備光譜域范圍內；最后，在不同的外界觀察環境和光源下實現顏色精確匹配的藝術品顏色再現。

2.藝術品多光譜再現技術的流程

一個完整的基于多光譜的藝術品顏色信息獲取與再現流程框架如圖1所示。基于多光譜的藝術品顏色信息再現技術流程可分為多光譜圖像獲取（實例如圖2）、光譜域映射以及多光譜圖像輸出（實例如圖3）3個部分。

①多光譜圖像獲取是基于光譜的跨媒體顏色再現流程中關鍵技術和核心環節，其獲取多光譜圖像的準確度直接決定著最終多光譜圖像的再現精度。通過多光譜成像系統對源圖像進行采集，獲得多通道相機響應信號，并對其中的光譜特征化參數進行測量。

②光譜域映射算法是整個光譜域映射的核心環節。光譜域映射采用在基于降維技術的ICS內進行，ICS的特性直接影響著設備光譜域描述的精度及可視化程度。由于ICS空間構建的機理是光譜降維技術，因此按照其降維原理可以分為兩大類：一類是多元統計分析法，其主要是基于光譜數據之間的相關性或波段之間的相關性利用多元統計理論進行光譜數據降維。另一類是同色異譜黑補償法，其主要是依據顏色光譜信息可分解成基本光譜和同色異譜黑光譜；基本光譜決定著顏色的色度信息，而同色異譜黑光譜決定著顏色的光譜精度，從一組具有相同色度的光譜中確定。

③多光譜圖像經光譜域映射后需要通過打印機等設備輸出才能最終實現其跨媒體光譜顏色再現，而在輸出之前需要將多光譜圖像中各個像素對應的光譜值轉換輸出設備驅動值。

3.藝術品多光譜再現技術的優越性

多光譜再現技術更好地解決了現今藝術品再現技術的根本缺陷，采用光譜數據對不同外界觀察環境和光源下藝術品的顏色信息進行分析和修正，消除了外界因素導致的顏色信息的缺失問題；并利用光譜數據優化油墨集，擴大了印刷的色域，最大程度消除了印刷中出現的同色異譜現象，從而實現了藝術品的高保真再現。

藝術品多光譜再現技術的應用趨勢

隨著數字技術的發展以及介質的廣泛使用和色彩控制能力的提升，噴墨打印登上藝術品再現的舞臺。藝術品再現的關鍵之一在前端圖像采集。電子文件的質量越高，復制出的產品越好。與多光譜圖像密切相關的光譜顏色科學研究早已備受眾多科學家的關注，并且多光譜再現技術在顏色科學領域的發展已經應用到了不同的行業，而藝術品再現就在其中。為了更好地服務于藝術品的再現，多光譜再現技術的應用趨勢主要體現在高保真印刷和印刷色彩管理兩個方向。

1.高保真印刷

進一步構建完善的光譜顏色再現理論體系，從多光譜反射率重構、多光譜反射率降維、低維連接空間建立、光譜域映射到光譜分色，有效地解決了傳統顏色匹配導致的同色異譜問題，最大程度地保證顏色信息在多種媒體中的高保真再現。

2.印刷色彩管理

印刷色彩管理技術是實現高保真印刷的關鍵。當前顏色復制常用的ICC色彩管理技術，需要預定義參數且不能實現實時轉換，從而限制了顏色轉換的精度；而基于色貌模型的色彩管理技術雖然對ICC色彩管理機制進行了改進，但其模型過于復雜，參數眾多，實際應用較困難。基于光譜的色彩管理系統可解決色貌模型不能真正實現顏色的精確再現的問題，并且提高復制精度，顏色數據標定唯一，為藝術品的高保真再現提供了保障。

作者單位：齊魯工業大學