數(shù)字圖像修復技術在文物保護中的應用分析

馬貢喆

摘 要：在信息技術應用逐漸廣泛的今天，文物保護也需要求新求變。而應用數(shù)字圖像修復技術，可以在文物保護中還原清晰圖像及內容，有利于優(yōu)秀傳統(tǒng)文化存留與傳承。文章針對數(shù)字圖像修復技術進行了簡要分析，并對數(shù)字圖像修復技術在文物保護中應用進行分析，旨在提高文物保護水平，還原真實歷史，為傳承我國優(yōu)秀文化提供技術參考。

關鍵詞：數(shù)字圖像修復;文物保護;應用

0 前言

作為人類活動與文化的重要產(chǎn)物，文物對于文化傳承、遺產(chǎn)留存具有重要意義。但是在過去很長一段時間，因為技術有限，所以許多珍貴文物不僅難以有效保存，還會因為相關人員操作不當，加快文物損壞速度。而在信息化時代，在計算機技術高速發(fā)展下，數(shù)字圖像修復技術進入文物保護領域中。利用數(shù)字圖像修復技術可以提高文物復原效果，對于文物保護具有重要意義。

1 數(shù)字圖像修復技術概述

作為利用計算機技術與數(shù)字技術，對以往數(shù)字圖像進行信息數(shù)據(jù)修復的現(xiàn)代科學技術，數(shù)字圖像修復技術基于過去數(shù)字圖像在處理、壓縮過程中出現(xiàn)局部信息缺失的問題，對待修復物體進行專項修復。在獲取圖像的過程中，會受到外界或數(shù)據(jù)信息傳遞影響，造成圖像部分或全部區(qū)域出現(xiàn)質量退化問題。數(shù)字圖像修復技術將質量退化區(qū)域進行噪聲去除，同時降低區(qū)域圖像清晰度，利用濾波或參數(shù)等手段分析圖像數(shù)據(jù)，構建相應集合模型，完成圖像修復工作①。目前常用數(shù)字圖像修復技術主要有基于變分PDE（Partial Differential Equation）圖像修復技術，與基于快紋理合成圖像補全技術。數(shù)字圖像修復技術應用逐漸廣泛，應用趨勢也從數(shù)字圖像破損區(qū)域自動識別，向信息缺失自動處理與修復方向發(fā)展。在各類計算機軟件逐漸普及的環(huán)境下，數(shù)字圖像修復技術也逐漸以智能化、簡易化為主要發(fā)展趨勢。而文物保護工作有對圖像處理的需求，所以在文物保護方面，數(shù)字圖像修復技術能夠得到更為精準的應用。

2 數(shù)字圖像修復技術在文物保護應用中的意義

2.1 文物保護現(xiàn)狀

作為文化遺產(chǎn)的重要組成內容，文物具備較高的收藏價值，還可以在文化傳統(tǒng)、歷史見證等方面起到載體作用。研究人員可以通過研究文物，分析歷史發(fā)展，在完善人類發(fā)展史方面具有較高的參考價值。但是因為保存不當或許多文物在搬運、保護等操作不規(guī)范時，會出現(xiàn)文物損壞問題，對于完整傳承優(yōu)秀文化，研究人類文明發(fā)展與更迭等都會帶來嚴重損失。文物損壞也會對文化事業(yè)發(fā)展造成負面影響，降低文化可信度與真實性。但是文物保護也會受到多種因素影響，如理化反應、操作不當?shù)?，都極易造成文物損毀，造成巨大經(jīng)濟與文化損失②。尤其是文物修復主要以人工修復文物，需要從業(yè)人員擁有極高的專業(yè)技術，還需要有耐心、細心，導致文物修復無法量產(chǎn)化。但是文物修復領域極廣，僅憑借人工修復遠遠無法滿足文物修復的實際需求。尤其是從事文物修復的工作人員，專業(yè)素質無法采用制式考核，導致專業(yè)素質水平差異較大，難以對文物修復做到精準處理，人工修復方法會不可避免對文物造成損傷，這也是為什么文物保護需求技術更迭，尋求新方法、新手段進行文物保護。但是因為文物保護存在一定技術門檻，即使在過去計算機快速發(fā)展，各行各業(yè)都得到了不同程度的技術支撐，讓原有工作迸發(fā)出新活力，文物保護領域仍因缺少相契合的技術手段，長時間陷入技術停滯狀態(tài)。

2.2 數(shù)字圖像修復技術應用意義

在計算機技術快速發(fā)展的當下，數(shù)字圖像修復技術的實用價值與修復效果逐漸被社會認可。相較于傳統(tǒng)圖像處理，數(shù)字圖像修復技術利用計算機與相應軟件、硬件作為技術載體，比紙張或膠片載體在保存方面更簡單，圖像內容可以得到有效保護。如果保存環(huán)境溫度與濕度過高，紙張與膠片對于圖像保存質量會大幅度下降，無法有效保證信息完整性，圖像存儲與使用上比數(shù)字圖像修復技術更麻煩。在文物保護工作中，數(shù)字圖像修復技術可以利用計算機，對需要修復文物進行全面的數(shù)據(jù)采集，給出公正客觀的信息評價。技術人員可以利用評價結果選擇文物修復最佳方式，縮減文物修復所需時間，提高修復工作的效率與質量。對于文物修復中可能會受到的負面影響，數(shù)字圖像修復技術也能提供一定的抗感染能力，避免文物修復受到嚴重影響，提高文物綜合利用價值。

數(shù)字圖像修復技術也為文物保護提供全新思路，并不局限于文物修復從業(yè)人員從業(yè)經(jīng)驗與個人藝術素質，對文物修復方法與技術選擇、應用，而是以大量同類型文物數(shù)據(jù)信息作為參考，隔離文物的損毀部分，將文物完整部分與文物數(shù)據(jù)信息相匹配，以文物損毀原因加入考察因素，重新審視文物修復工作。在修復作業(yè)中規(guī)避經(jīng)驗主義，以實際數(shù)據(jù)為修復依據(jù)，完整呈現(xiàn)文物真實面貌，為恢復歷史文化、研究文物技術提供更加真實的依據(jù)。

3 數(shù)字圖像修復技術在文物保護中的發(fā)展歷史

圖像修復技術在歐洲文藝復興時期就已經(jīng)有應用雛形，但是大多是藝術家在保持原圖像完整時，對藝術作品損壞部位進行二次創(chuàng)作，使藝術作品恢復“原樣”。但是受限于當時的技術手段，文藝復興時圖像修復需要由專業(yè)藝術家處理，且極容易對珍貴藝術作品產(chǎn)生二次損傷。而在工業(yè)時代，世界格局發(fā)生改變之后，圖像修復技術也伴隨計算機技術的廣泛應用產(chǎn)生技術方面的革新。在美國與蘇聯(lián)競相開展空間項目作業(yè)時，因為宇宙空間成像條件不佳，加上儀器與飛行器會對成像效果造成不同程度的損壞，需要使用計算機技術對圖像進行修復，加快數(shù)字圖像修復技術更新?lián)Q代，但是也需要專業(yè)技術較強的技術人員操作，保障數(shù)據(jù)信息的安全性①。在如今互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，掃描儀等設備及數(shù)字技術更新，數(shù)字信息數(shù)量以海量形式爆發(fā)，人們急需一種計算機技術處理照片信息。在這種需求背景下，數(shù)字圖像修復技術從概念到實際應用，再到快速發(fā)展，迅速完成技術更迭。而文物保護需要穩(wěn)定有效的技術對圖像進行高質量修復，數(shù)字圖像修復技術與文物保護融合也逐漸加深。兩者相互促進、相互融合，提高數(shù)字圖像修復技術的精準度，提高文物保護質量。

4 數(shù)字圖像修復技術在文物保護中的應用

4.1 基于數(shù)字圖像修復技術的文物虛擬修復技術

在文物保護工作中，將現(xiàn)有計算機技術與數(shù)字圖像修復技術相融合，構建虛擬數(shù)據(jù)信息，完成對現(xiàn)存圖像的提取與修復工作，從而達到修復圖像滿足視覺需求，恢復圖像原有視覺效果的目的。圖像修復是針對圖像信息損失，采用科學技術對損失區(qū)域進行虛擬修復，對需要修復的圖像的周邊區(qū)域進行圖像預估，并借助專業(yè)人員從業(yè)經(jīng)驗，對待修復區(qū)域進行技術模擬，尋找適合的修復方案，達到恢復圖像原有狀態(tài)的目的。而在文物保護領域，因為歷史、環(huán)境等多種因素影響，導致現(xiàn)有出土或保留文物存在霉變、裂縫等多種病害。這不僅對文物欣賞造成一定障礙，對于研究文物相關信息也會造成信息丟失、研究方向誤導等多種問題。在過去很長一段時間，都是利用清洗、補色等手段修復文物，力求維持作品完整度②。文物修復從業(yè)人員利用豐富的修復經(jīng)驗、藝術鑒賞經(jīng)驗，直接在文物本體進行修復。這種方法不僅需要從業(yè)人員有較高藝術水平，也需要扎實的從業(yè)經(jīng)驗，不同從業(yè)人員的專業(yè)素質會造成文物修復效果存在巨大差異。而利用數(shù)字圖像修復技術，可以借助計算機技術對待修復文物進行數(shù)據(jù)信息分析，利用統(tǒng)計學等多種學科技術原理，構建完成文物預測模型，并使用已有圖像數(shù)據(jù)估算殘缺圖像區(qū)域，達到文物數(shù)字圖像虛擬修復，能夠縮短原本耗時較長的文物修復工作周期，并避免人工修復出現(xiàn)失誤，對文物產(chǎn)生更為嚴重的二次損傷。

4.2 基于數(shù)字圖像修復技術的文物虛擬修復技術路線

雖然數(shù)字圖像修復技術在文物保護方面應用時間較晚，但是因為自身存在低風險、低成本消耗，修復效果甚至比部分文物修復從業(yè)人員還要好的優(yōu)良特性，得到了文物保護從業(yè)人員的專業(yè)認可，在文物保護領域被廣泛接受。而基于數(shù)字圖像修復技術的文物虛擬修復技術路線，主要有以下幾個：將待修復文物放置在數(shù)據(jù)采集的裝置上，預先對待修復文物基本類型進行劃分，例如瓷器、金屬制品等，再從相應分類中根據(jù)文物年代、時期等特征設置為搜索關鍵詞，尋找類似文物數(shù)據(jù)，完成文物虛擬數(shù)字圖像基本資料數(shù)據(jù)采集。應用數(shù)字圖像修復技術，構建完整的文物數(shù)字圖像，提取沒有被人為或自然影響的完好部分，將圖像信息存在缺陷、破壞的部分隔離③。利用數(shù)字圖像修復技術算法，使用有基于變分PDE圖像修復技術，或基于快紋理合成圖像補全技術，對文物進行虛擬修補，使虛擬數(shù)據(jù)構建完成內容，呈現(xiàn)文物的完整狀態(tài)。最后對文物虛擬修復結果進行評估，并將其作為文物實際修復使用，對文化與藝術價值進行分析，進行后續(xù)工作內容。

4.3 案例分析

在2001年被炸毀的阿富汗巴米揚大佛，德國修復團隊收集了巴米亞大佛的殘留石塊，利用數(shù)字圖像修復，對佛像重新進行測繪工作，以虛擬數(shù)字模型方式重塑佛像。而由我國北京大學與美國芝加哥大學、美國華盛頓特區(qū)賽克勒博物館，收集了響堂山石窟佛像斷手、斷腳，將其與博物館現(xiàn)存佛像進行對比，利用數(shù)字圖像修復技術對佛像各個部件進行拼接，成為目前文物保護主流方式，即以部分實物對照完整實物，利用數(shù)字信息補全文物全部內容。2002年大都會博物館亞當像摔碎，技術人員利用數(shù)字化技術掃描了所有碎片，并利用三維顯像方式對大理石雕像重新進行受力分析，使用數(shù)字圖像修復及其他技術，在12年后的2014年，再次展出了完整的亞當像。另外，大都會博物館還將修復全過程整理為技術文檔，是目前文物修復最具有影響效果的經(jīng)典案例。

4.4 修復工作注意事項

在數(shù)字圖像修復過程中，技術人員應該保持嚴謹認真的態(tài)度，判斷可能會影響文物修復的各種因素，采用適當手段進行規(guī)避，保障文物保護工作穩(wěn)步落實。在修復工作開展前，需要從網(wǎng)絡收集文物相關信息，也可以與行業(yè)專家交流，明確文物類別、年代等信息以及文物性質①。并且，文物損毀原因也要查明，方便數(shù)字圖像修復技術精準判斷修復方式，為快速完成文物修復工作提供有力保障。而圖像丟失或損毀部分，一定要根據(jù)文物完整部分，或同類型文物的相關信息，進行細致的文物修復工作，增強提高文物保護效果，避免文物修復出現(xiàn)不契合問題。在文物修復階段，也要對多種技術靈活應用，整合多種修復技術，幫助文物復原工作穩(wěn)步落實。

4.5 應用前景

當前數(shù)字圖像修復從電子商務到社交網(wǎng)絡，已經(jīng)融入社會各個領域。在文物保護領域，數(shù)字圖像修復技術對殘缺文物進行修復是未來文物保護的發(fā)展趨勢。而且，近些年數(shù)字圖像修復技術在文物信息數(shù)據(jù)采集、處理等方面累積了大量技術經(jīng)驗，相應處理算法也趨近完善，傳統(tǒng)人工修復技術不足問題，可以得到有效彌補。針對文物殘缺部分，通過相關素材采集整體，以文物現(xiàn)存的部分，構建貼近實際情況的完成部分。另外，數(shù)字圖像修復技術的指令算法也在智能化發(fā)展方向得到技術突破，未來文物保護中文物修復這一領域，將會以高效、高質量的形式呈現(xiàn)。

5 結論

在文物保護方面，要注重科學技術與文化保護工作的契合性。雖然數(shù)字圖像修復技術目前具有較好的修復效果，可以提高文物修復效率，但是并不意味著相關從業(yè)人員可以滿足現(xiàn)狀，暫緩技術研發(fā)工作。文物修復從業(yè)人員應當在積累修復應用經(jīng)驗的同時，尋找其他應用手段，推動文物保護以高新科技為載體，提高文物保護水平，從而全面提升文物修復質量。