文物保护中数字图像修复技术的应用

马贡喆

（承德避暑山庄及周围寺庙景区服务中心，河北 承德 067000）

信息技术时代下，数字图像修复技术顺势而生，在文物保护中应用数字图像修复技术，有利于高度还原文物图像内容，这对文化遗产留存、文明传承有重要意义。本文首先介绍数字图像修复技术定义和特点，然后分析当前文物数字化保护现状，以及数字图像修复技术应用意义，最后重点探究文物保护中数字图像修复技术应用路径。旨在为相关人员提供参考，促进数字图像修复技术与文物保护实践有机结合。

一、数字图像修复技术

（一）定义数字图像修复技术指的是，借助现代化技术修复数字图像，并对信息缺失、信息内容不清晰等问题系列化处理。二十一世纪初期，数字图像修复思想萌发，这为图像数字化修复实践给予指导，随着技术不断升级、创新，数字图像修复效果全面优化。

（二）数字图像修复技术特点一，应用的广泛性。无论是中国市场，还是外国市场，数字图像修复技术均占有较高的市场份额，当今互联网技术发展迅速，数字化技术用户群会逐渐扩大，这对数字技术大范围推广有促进作用。第二，检测自动性。工作人员操控此项技术，经扫描实现自动检测，进而确定待修复区域、定位修复目标，为数字化修复模式启动做足准备工作。正是因为数字图像修复技术实用性较强，且功能丰富，所以能够用来保护文物，为文化遗产传承提供可靠的技术支撑。

二、文物的特点

（一）珍贵性与稀缺性

文物是人类在社会活动进程中遗留下来的，具有艺术价值、历史价值及科学价值的遗物，文物是人类宝贵的历史文化遗产。文物具备一定的珍贵性和稀少性，主要表现在以下两个方面：第一，文物是由人类创造的，或者是与人类活动具有一定关联；第二，文物是已经过去的历史的产物，不可能被重新创造。因此，文物所具备的不可再造性使其具有了独特的珍贵性与稀缺性。

（二）繁杂性

文物的繁杂性特点源于各个方面：第一，文物是人类进程中不同历史阶段的各种自然与社会实践的产物，其所处时代不同，质地也有相应的差别；第二，即使文物的年代与质地都相同，但是因为文物流传经历和所处环境的不同，也会具有一定程度的差异；第三，不同文物的储存条件与安放环境具有十分明显的差异，所以文物遭受的损害具有一定的差别。文物的繁杂性特点导致文物保护与修复工作所面临的问题也十分繁杂，相应的文物修复与保护技术也较为复杂。

三、文物保护中数字图像修复技术应用的必要性

（一）文物保护现状

文物是文化遗产的重要组成部分，文物不仅具有收藏价值，而且在优秀文化传承、历史文明见证中起到载体作用。随着时间流逝，文物印记湮灭现象普遍化，这在一定程度上增加了文物保护难度，不利于文化的完整传承，以及人类文明的延续，并且文化事业发展举步维艰。文物领域存在较多影响因素，如理化反应破坏文物整体状态、人为操作不当导致文物损毁等。即便文物修复操作逐步落实，但整体修复效果不尽如人意，以修复师手工修复为例，由于此项工作对技术精湛度提出较高要求，所以修复师应在技能方面深入钻进，逐渐提升自身技术水平，并且修复师还要保持认真态度，集精湛技术、钻研精神、认真态度、耐力于一体，将修复操作失误率降到最低，否则，文物收藏价值无法保证。除此之外，修复师综合素养、文化认知水平高低不等，所以文物复原情况不能一概而论，从总体来看，人工修复文物法的误差存在是既定事实。

（二）数字图像修复技术应用意义

随着计算机技术快速发展，社会信息化进程相应加快，以数字图像修复技术为切入点，这项技术在先进技术辅助下，逐渐提高实用性和有效性。与传统图像处理方式相比，数字化图像载体主要是计算机、软硬件，然而传统图像呈现载体是纸张或胶片。从载体自身特征来看，纸张、胶片的存储要求较高，一旦环境温度、湿度不达标，或者受外力影响，极易影响图像信息完整性，难以优化图像修复效果。如今，数字化图像普遍存在，同时，信息存储方式相应改变，这为数字图像修复技术灵活应用起到铺垫作用。文物保护过程中，借助数字图像文物虚拟修复技术实现这一目的，具体来说，借助计算机工具，对待修复的文物客观评估，工作人员根据评估结果获知文物修复的可行性措施。通过应用数字图像修复技术，能够缩短文物修复时间，还能预防修复期间存在的负面影响，真正加快文物复原进程，将文物综合价值最大化发挥。

四、文物保护中数字图像修复技术应用路径

（一）相关注意事项

数字图像修复期间，修复人员应保持严谨态度，确保文物保护活动又好又快推进。具体来说，修复人员事前获取文物信息，通过网络资料搜集、实地走访、专家访谈等方式确定文物质地，并对文物进行类别划分。在这一过程中，数字图像采集技术能够提取价值信息，进而得知文物损毁原因，为修复方案针对性制定提供依据。为高效、便捷完成数字图像修复文物任务，务必在丢失、损坏部位专项分析数字图像信息，为文物复原提供可靠的信息支持，从而缩短文物恢复进程，将文化保护效用最大化。除此之外，灵活切换修复技术，在多种技术协调协配下，顺利进行文物复原。

（二）虚拟修复技术

文物修复师主要借助虚拟技术，以及辅助的计算机技术获取图像信息，并对缺损部位进行信息填充，确保填充、处理的图像能够达到高度还原要求，同时，视觉效果良好。在此期间，修复人员通过联用多种技术进行图像复原，这既考验技术人员的技能水平，又对心理、视觉等方面的协同配合能力提出较高标准，确保数字图像修复文物效果达到预期，最终为文物保护实践奠定良好基础。数字图像虚拟修复技术属于新兴产物，为充分发挥技术优势，应客观掌握文物修复需求，并综合分析文物特点，由易到难、由简到繁地复原图像。立足文物修复的实际需求，很多出土文物、存世文物普遍存在病害，即便病害类型不同，如裂缝、霉变、褪色等，这不仅会影响文物观赏价值，还不利于文物研究工作的深入开展。为缩短文物复原时间，使复原效果整体优化，计算机虚拟修复技术具有实用性和必要性。计算机虚拟修复技术应用原理总结为：客观评估待修复文物、数字图像，借助偏微分力程理论、统计学原理建立预测模型，同时，估算未知区域，尽快制定文物修复方案，使文物修复工作在短时间内优质完成。

（三）案例分析

西安碑林博物馆中部分文物外观损毁，无论是为了保护文物自身价值，还是捍卫碑林博物馆文化阵地，都要秉持复原如初原则。针对清雅石雕复原时，利用计算机技术构建PDE修复模型，并精准计算裂痕数据，通过四周像素数值填补缺失的像素数值，逐步复原缺失的信息，最终从视觉层面精细化修复。又如，修复明代泥塑普贤菩萨图像时，考虑到图像色彩一致性、气息浑然一体性，构建样本图像修复模型，将图像复原工作落实到细节，最终泥塑普贤菩萨图像视觉效果能够达到预期要求。随着文物信息传播活动的持续推进，数字化文物图像修复技术向功能性、多样化发展，这能为文物保护提供技术层面支持，取得文物保护的良好效果。文物实体修复期间，大力培养创新型技术人才，以便为文物保护工作储备丰富的人才资源。放眼长远，文物领域灵活运用数字化技术，使文物研究工作深入推进，为文物数字信息交流与传播奠定良好基础。

五、技术应用前景展望

随着计算机技术日益迅猛的发展，在传统实物复制的基础上，逐渐引进了三维扫描及计算机虚拟复制技术。三维扫描仪扫描物体时，首先把三维扫描仪和电脑相连，然后把三维扫描仪与物体的距离调整到合适的位置；采集物体不同角度的三维模型。三维扫描软件把不同角度的三维模型进行自动拼接获得完整三维模型，然后根据需求导出相应的格式。在数码摄影传感器数据处理、可视化系统和虚拟模型输出的各种可能性等方面都取得了长足的发展。这些先进的技术成就了一种新的复制方式——计算机虚拟复制，这个技术可以说是对传统修复、复制及考古学的一个新颖的补充。

非接触式成像法技术原理，对物体表面结构进行非接触式三维测量和数据采集有各种不同的系统，这些系统的工作原理也各有特点。通常基于运用电磁辐射，比如支持图像方法的可见光或者三维激光扫描仪的激光。现在已很少使用传统的方法对物体进行完整的数据采集，这个传统的方法即是对立体模型进行的3D摄影测量。随着测量技术的发展，各种传感器的出现，尤其是数据处理技术的发展，使得这些方法在档案资料收集方面得到了更多的应用。使用的仪器大多来自于工业测量技术，原理都是基于三角测量方法。在图像支持的系统中，通常是将图案投影到物体表面，然后用测量相机拍摄，基于它的投影通过三角测量法就能够把物体表面单独的每个点确定下来。通过对三角测量法基础的选择，一连串的系统调整匹配分辨率和已拍摄到的物体表面。通俗来讲，三角测量法其工作原理是由激光器发出的光，经光学系统形成一个很细的平行光线，最终一连串的系统调整匹配分辨率照射到已拍摄到的物体表面。带有激光的系统同样也是投影一个图案（例如一条直线），然后以类似的方式计算物体表面的形状。拍摄复杂的物体必须从各个角度位置进行拍摄，然后必须把这些位置连接起来。因系统不同，这可以通过基准点，传感器位置的准确采集或者半自动及全自动组合单个拍到的图片来实现。拍摄较小的物体时，使用一个装有电机的、用计算机控制的旋转台即可。这样就可以从不同的方向拍摄一系列照片，然后将他们自动连接起来。有几个系统还可以在扫描的同时直接记录下颜色信息，这样就会形成一个彩色虚拟3D模型。用数字3D数据记录建成真实的模型可以从方法上加以区分，将一个现有的材料块削割成相应的物体模型，或者用那些没有固定形状的材料（如粉末或环氧树脂）一层一层堆积建成模型的“快速成型技术”。

六、结语

综上所述，文化遗产保护的过程中，应有效运用数字图像修复技术。为优化数字图像修复技术在文物保护中的应用效果，既要注意技术应用的相关事项，又要灵活运用虚拟修复技术、有效算法，通过案例分析的方式大范围推广数字图像修复技术。由于历史文物保护要求逐渐提高，所以要与时俱进创新数字图像修复技术，尽可能丰富数字图像修复技术应用经验，使文物保护水平提升到新高度。