壁畫(huà)蘊(yùn)含政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)工藝等歷史信息，具有重要的研究?jī)r(jià)值。但由于壁畫(huà)生存環(huán)境的溫度與濕度的劇烈變化，導(dǎo)致壁畫(huà)支撐體與地仗層中的水鹽不斷運(yùn)移，處于結(jié)晶與游離態(tài)的硫酸鈉體積相變，反復(fù)膨脹松弛，使得顏料表層出現(xiàn)酥堿、鹽霜，甚至發(fā)展為起甲、 脫落病害，造成壁畫(huà)的永久損傷。因此利用非接觸式的高光譜技術(shù)對(duì)壁畫(huà)所含可溶性鹽進(jìn)行定量反演具有重要意義。高光譜遙感憑借光譜分辨率高?光譜連續(xù)的優(yōu)勢(shì)，可以定量反演研究對(duì)象中的鹽含量，目前大多聚焦于土壤與植被中鹽分的定量反演。

1、數(shù)據(jù)采集

參照壁畫(huà)制作工藝配制不同含鹽量的模擬壁畫(huà)地仗樣本。我國(guó)原址保存壁畫(huà)大多為干壁畫(huà)，即文字圖案繪制在干燥的地仗表層。地仗層下粘支撐體，上接顏料層，是鹽分變化的主要位置，其性質(zhì)的優(yōu)劣直接影響壁畫(huà)能否長(zhǎng)期保存。本實(shí)驗(yàn)以寺觀(guān)壁畫(huà)為原型，壁畫(huà)地仗層為研究對(duì)象。細(xì)泥層與粗泥層通過(guò)混合細(xì)黃土?麥草秸稈?粗粒土?細(xì)麻纖維?敦煌沙等制作。將樣本下墊硫酸紙，放置于直徑9cm，高1.8cm的鐵圈模具。根據(jù)鹽分含量同壁畫(huà)酥堿病害發(fā)展速率關(guān)系，配置含鹽率為0~1%的模擬壁畫(huà)地仗樣本，設(shè)置級(jí)差為0.05%。

選用地物波譜儀測(cè)定樣本表面光譜反射率。波長(zhǎng)范圍為350~2500nm，采樣間隔為1.4nm(350~1000nm)與2nm(1001~2500nm)。為避免其他光線(xiàn)影響，選擇在夜晚無(wú)其他光源的室內(nèi)封閉條件下進(jìn)行測(cè)量。

2、含鹽壁畫(huà)樣本反射率光譜特征

含鹽壁畫(huà)樣本反射光譜特征主要由有機(jī)物含量?沙土比?鹽分占比等因素共同決定。其特征波段的提取為鹽分含量反演提供支持。樣本光譜反射曲線(xiàn)如圖3所示，不同鹽分壁畫(huà)樣本的反射率曲線(xiàn)相對(duì)平行，曲線(xiàn)形態(tài)和變化趨勢(shì)基本一致，而其反射率值整體有明顯差異。

含鹽壁畫(huà)樣本反射率在不同波段具有明顯特征，在可見(jiàn)光波段內(nèi)反射率隨波長(zhǎng)迅速提高，自800nm后上升趨勢(shì)開(kāi)始平緩。在1400~2500nm近紅外范圍內(nèi)波動(dòng)性強(qiáng)，整體呈下降趨勢(shì)。在1410和1940nm左右處出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)吸收谷，后者的寬度深度更明顯，未發(fā)現(xiàn)明顯峰谷偏移。隨著鹽濃度增加，反射率先降低后大幅上升。其原因可能是在低濃度的水鹽運(yùn)移中，鈉離子由于半徑較大對(duì)水分子吸附能力強(qiáng)，形成穩(wěn)定的含水化合物，加強(qiáng)對(duì)電磁波吸收。隨著濃度增大，鹽分趨于飽和析出，亮度指數(shù)占據(jù)主導(dǎo)，導(dǎo)致反射率增高。

結(jié)論

為了高效無(wú)損反演壁畫(huà)中鹽分含量，揭示反射光譜與鹽分濃度變化的相關(guān)性，在實(shí)驗(yàn)室制得不同鹽濃度模擬壁畫(huà)樣本，利用地物波譜儀測(cè)定350~2500nm樣本反射率，分析了鹽濃度與反射光譜的相關(guān)性，通過(guò)對(duì)光譜特征提取?波段組合運(yùn)算，應(yīng)用多種回歸分析，構(gòu)建了單波段線(xiàn)性回歸模型?拋物線(xiàn)回歸模型與高光譜壁畫(huà)鹽分指數(shù)模型，分別對(duì)壁畫(huà)中Na2SO4濃度進(jìn)行反演預(yù)測(cè)并得出以下結(jié)論:

（１）分析光譜反射特性發(fā)現(xiàn)，隨著壁畫(huà)樣本鹽濃度增加，反射光譜整體先降后升，在0.3%~0.6%濃度鹽分內(nèi)反射率降低，在0.7%~1%濃度范圍中反射率急劇上升。

（２）分析反射光譜與鹽分濃度相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，Na2SO4含量變化敏感波段存在于415?1420?1940與2210nm處。

實(shí)驗(yàn)中影響反演精度的主要因素是鹽分含量變化特征波段受水分因素影響大，鹽分濃度單因子物理響應(yīng)難以保證，此外現(xiàn)場(chǎng)圖譜采集條件?傳感器波段對(duì)鹽分濃度變化敏感程度與特征波段提取方式也會(huì)間接影響其精度。壁畫(huà)中鹽分光譜的特征發(fā)掘與定量反演有重要意義，可為壁畫(huà)的保護(hù)與修復(fù)提供決策支撐。同時(shí)，圍繞壁畫(huà)光譜增強(qiáng)?鹽分變化特征信息智能提取的深入探索十分必要。

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審核編輯 黃宇