数字图像修复技术在文物保护的应用

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摘要：在信息技术应用逐渐广泛的今天，文物保护也需要求新求变。而应用数字图像修复技术，可以在文物保护中还原清晰图像及内容，有利于优秀传统文化存留与传承。文章针对数字图像修复技术进行了简要分析，并对数字图像修复技术在文物保护中应用进行分析，旨在提高文物保护水平，还原真实历史，为传承我国优秀文化提供技术参考。

关键词：数字图像修复；文物保护；应用

作为人类活动与文化的重要产物，文物对于文化传承、遗产留存具有重要意义。但是在过去很长一段时间，因为技术有限，所以许多珍贵文物不仅难以有效保存，还会因为相关人员操作不当，加快文物损坏速度。而在信息化时代，在计算机技术高速发展下，数字图像修复技术进入文物保护领域中。利用数字图像修复技术可以提高文物复原效果，对于文物保护具有重要意义。

1数字图像修复技术概述

作为利用计算机技术与数字技术，对以往数字图像进行信息数据修复的现代科学技术，数字图像修复技术基于过去数字图像在处理、压缩过程中出现局部信息缺失的问题，对待修复物体进行专项修复。在获取图像的过程中，会受到外界或数据信息传递影响，造成图像部分或全部区域出现质量退化问题。数字图像修复技术将质量退化区域进行噪声去除，同时降低区域图像清晰度，利用滤波或参数等手段分析图像数据，构建相应集合模型，完成图像修复工作①。目前常用数字图像修复技术主要有基于变分PDE（Partial…Differential…Equation）图像修复技术，与基于快纹理合成图像补全技术。数字图像修复技术应用逐渐广泛，应用趋势也从数字图像破损区域自动识别，向信息缺失自动处理与修复方向发展。在各类计算机软件逐渐普及的环境下，数字图像修复技术也逐渐以智能化、简易化为主要发展趋势。而文物保护工作有对图像处理的需求，所以在文物保护方面，数字图像修复技术能够得到更为精准的应用。

2数字图像修复技术在文物保护应用中的意义

2.1文物保护现状

作为文化遗产的重要组成内容，文物具备较高的收藏价值，还可以在文化传统、历史见证等方面起到载体作用。研究人员可以通过研究文物，分析历史发展，在完善人类发展史方面具有较高的参考价值。但是因为保存不当或许多文物在搬运、保护等操作不规范时，会出现文物损坏问题，对于完整传承优秀文化，研究人类文明发展与更迭等都会带来严重损失。文物损坏也会对文化事业发展造成负面影响，降低文化可信度与真实性。但是文物保护也会受到多种因素影响，如理化反应、操作不当等，都极易造成文物损毁，造成巨大经济与文化损失②。尤其是文物修复主要以人工修复文物，需要从业人员拥有极高的专业技术，还需要有耐心、细心，导致文物修复无法量产化。但是文物修复领域极广，仅凭借人工修复远远无法满足文物修复的实际需求。尤其是从事文物修复的工作人员，专业素质无法采用制式考核，导致专业素质水平差异较大，难以对文物修复做到精准处理，人工修复方法会不可避免对文物造成损伤，这也是为什么文物保护需求技术更迭，寻求新方法、新手段进行文物保护。但是因为文物保护存在一定技术门槛，即使在过去计算机快速发展，各行各业都得到了不同程度的技术支撑，让原有工作迸发出新活力，文物保护领域仍因缺少相契合的技术手段，长时间陷入技术停滞状态。

2.2数字图像修复技术应用意义

在计算机技术快速发展的当下，数字图像修复技术的实用价值与修复效果逐渐被社会认可。相较于传统图像处理，数字图像修复技术利用计算机与相应软件、硬件作为技术载体，比纸张或胶片载体在保存方面更简单，图像内容可以得到有效保护。如果保存环境温度与湿度过高，纸张与胶片对于图像保存质量会大幅度下降，无法有效保证信息完整性，图像存储与使用上比数字图像修复技术更麻烦。在文物保护工作中，数字图像修复技术可以利用计算机，对需要修复文物进行全面的数据采集，给出公正客观的信息评价。技术人员可以利用评价结果选择文物修复最佳方式，缩减文物修复所需时间，提高修复工作的效率与质量。对于文物修复中可能会受到的负面影响，数字图像修复技术也能提供一定的抗感染能力，避免文物修复受到严重影响，提高文物综合利用价值。数字图像修复技术也为文物保护提供全新思路，并不局限于文物修复从业人员从业经验与个人艺术素质，对文物修复方法与技术选择、应用，而是以大量同类型文物数据信息作为参考，隔离文物的损毁部分，将文物完整部分与文物数据信息相匹配，以文物损毁原因加入考察因素，重新审视文物修复工作。在修复作业中规避经验主义，以实际数据为修复依据，完整呈现文物真实面貌，为恢复历史文化、研究文物技术提供更加真实的依据。

3数字图像修复技术在文物保护中的发展历史

图像修复技术在欧洲文艺复兴时期就已经有应用雏形，但是大多是艺术家在保持原图像完整时，对艺术作品损坏部位进行二次创作，使艺术作品恢复“原样”。但是受限于当时的技术手段，文艺复兴时图像修复需要由专业艺术家处理，且极容易对珍贵艺术作品产生二次损伤。而在工业时代，世界格局发生改变之后，图像修复技术也伴随计算机技术的广泛应用产生技术方面的革新。在美国与苏联竞相开展空间项目作业时，因为宇宙空间成像条件不佳，加上仪器与飞行器会对成像效果造成不同程度的损坏，需要使用计算机技术对图像进行修复，加快数字图像修复技术更新换代，但是也需要专业技术较强的技术人员操作，保障数据信息的安全性①。在如今互联网快速发展，扫描仪等设备及数字技术更新，数字信息数量以海量形式爆发，人们急需一种计算机技术处理照片信息。在这种需求背景下，数字图像修复技术从概念到实际应用，再到快速发展，迅速完成技术更迭。而文物保护需要稳定有效的技术对图像进行高质量修复，数字图像修复技术与文物保护融合也逐渐加深。两者相互促进、相互融合，提高数字图像修复技术的精准度，提高文物保护质量。

4数字图像修复技术在文物保护中的应用

4.1基于数字图像修复技术的文物虚拟修复技术

在文物保护工作中，将现有计算机技术与数字图像修复技术相融合，构建虚拟数据信息，完成对现存图像的提取与修复工作，从而达到修复图像满足视觉需求，恢复图像原有视觉效果的目的。图像修复是针对图像信息损失，采用科学技术对损失区域进行虚拟修复，对需要修复的图像的周边区域进行图像预估，并借助专业人员从业经验，对待修复区域进行技术模拟，寻找适合的修复方案，达到恢复图像原有状态的目的。而在文物保护领域，因为历史、环境等多种因素影响，导致现有出土或保留文物存在霉变、裂缝等多种病害。这不仅对文物欣赏造成一定障碍，对于研究文物相关信息也会造成信息丢失、研究方向误导等多种问题。在过去很长一段时间，都是利用清洗、补色等手段修复文物，力求维持作品完整度②。文物修复从业人员利用丰富的修复经验、艺术鉴赏经验，直接在文物本体进行修复。这种方法不仅需要从业人员有较高艺术水平，也需要扎实的从业经验，不同从业人员的专业素质会造成文物修复效果存在巨大差异。而利用数字图像修复技术，可以借助计算机技术对待修复文物进行数据信息分析，利用统计学等多种学科技术原理，构建完成文物预测模型，并使用已有图像数据估算残缺图像区域，达到文物数字图像虚拟修复，能够缩短原本耗时较长的文物修复工作周期，并避免人工修复出现失误，对文物产生更为严重的二次损伤。

4.2基于数字图像修复技术的文物虚拟修复技术路线

虽然数字图像修复技术在文物保护方面应用时间较晚，但是因为自身存在低风险、低成本消耗，修复效果甚至比部分文物修复从业人员还要好的优良特性，得到了文物保护从业人员的专业认可，在文物保护领域被广泛接受。而基于数字图像修复技术的文物虚拟修复技术路线，主要有以下几个：将待修复文物放置在数据采集的装置上，预先对待修复文物基本类型进行划分，例如瓷器、金属制品等，再从相应分类中根据文物年代、时期等特征设置为搜索关键词，寻找类似文物数据，完成文物虚拟数字图像基本资料数据采集。应用数字图像修复技术，构建完整的文物数字图像，提取没有被人为或自然影响的完好部分，将图像信息存在缺陷、破坏的部分隔离③。利用数字图像修复技术算法，使用有基于变分PDE图像修复技术，或基于快纹理合成图像补全技术，对文物进行虚拟修补，使虚拟数据构建完成内容，呈现文物的完整状态。最后对文物虚拟修复结果进行评估，并将其作为文物实际修复使用，对文化与艺术价值进行分析，进行后续工作内容。

4.3案例分析

在2001年被炸毁的阿富汗巴米扬大佛，德国修复团队收集了巴米亚大佛的残留石块，利用数字图像修复，对佛像重新进行测绘工作，以虚拟数字模型方式重塑佛像。而由我国北京大学与美国芝加哥大学、美国华盛顿特区赛克勒博物馆，收集了响堂山石窟佛像断手、断脚，将其与博物馆现存佛像进行对比，利用数字图像修复技术对佛像各个部件进行拼接，成为目前文物保护主流方式，即以部分实物对照完整实物，利用数字信息补全文物全部内容。2002年大都会博物馆亚当像摔碎，技术人员利用数字化技术扫描了所有碎片，并利用三维显像方式对大理石雕像重新进行受力分析，使用数字图像修复及其他技术，在12年后的2014年，再次展出了完整的亚当像。另外，大都会博物馆还将修复全过程整理为技术文档，是目前文物修复最具有影响效果的经典案例。

4.4修复工作注意事项

在数字图像修复过程中，技术人员应该保持严谨认真的态度，判断可能会影响文物修复的各种因素，采用适当手段进行规避，保障文物保护工作稳步落实。在修复工作开展前，需要从网络收集文物相关信息，也可以与行业专家交流，明确文物类别、年代等信息以及文物性质①。并且，文物损毁原因也要查明，方便数字图像修复技术精准判断修复方式，为快速完成文物修复工作提供有力保障。而图像丢失或损毁部分，一定要根据文物完整部分，或同类型文物的相关信息，进行细致的文物修复工作，增强提高文物保护效果，避免文物修复出现不契合问题。在文物修复阶段，也要对多种技术灵活应用，整合多种修复技术，帮助文物复原工作稳步落实。

4.5应用前景

当前数字图像修复从电子商务到社交网络，已经融入社会各个领域。在文物保护领域，数字图像修复技术对残缺文物进行修复是未来文物保护的发展趋势。而且，近些年数字图像修复技术在文物信息数据采集、处理等方面累积了大量技术经验，相应处理算法也趋近完善，传统人工修复技术不足问题，可以得到有效弥补。针对文物残缺部分，通过相关素材采集整体，以文物现存的部分，构建贴近实际情况的完成部分。另外，数字图像修复技术的指令算法也在智能化发展方向得到技术突破，未来文物保护中文物修复这一领域，将会以高效、高质量的形式呈现。

5结论

在文物保护方面，要注重科学技术与文化保护工作的契合性。虽然数字图像修复技术目前具有较好的修复效果，可以提高文物修复效率，但是并不意味着相关从业人员可以满足现状，暂缓技术研发工作。文物修复从业人员应当在积累修复应用经验的同时，寻找其他应用手段，推动文物保护以高新科技为载体，提高文物保护水平，从而全面提升文物修复质量。

作者：马贡喆 单位：承德避暑山庄及周围寺庙景区服务中心