文献推荐 | 基于高光谱壁画盐分指数的模拟壁画盐含量反演

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国洲乾,吕书强,侯妙乐等.基于高光谱壁画盐分指数的模拟壁画盐含量反演[J].光谱学与光谱分析,2023,43(10):3272-3279.

文章内容概述

壁画酥碱与盐霜主要由其所含的可溶性盐造成，具有不可逆性，严重影响壁画的健康状态，利用非接触式的高光谱技术对壁画所含可溶性盐进行定量反演具有重要意义。针对壁画盐分检测成本高、时效低、需要实地取样等问题，提出一种基于高光谱盐分指数的壁画盐含量反演模型。用黄沙土、麦秸、细麻与无水Na2SO4等在室内配制成不同盐含量梯度（盐土比例：0～1%）的模拟壁画样本，采用地物波谱仪进行光谱采集，将断点校正与平均后的数据建立样本光谱集，以7：3的比例将样本集划分用于建模与预测。对原始反射率进行一阶微分、去包络线后一阶微分、倒数的对数后一阶微分、SG平滑后一阶微分4种增强处理，将原始反射率与增强处理后的光谱数据与盐浓度进行相关分析，取贡献度高的前三强相关波段。用最强相关波段分别进行线性拟合与抛物线拟合建立单波段回归模型。利用前三相关波段构造一种适用于壁画盐分的高光谱指数，并与归一化盐分指数、三种盐分指数、亮度指数进行精度评估，评价指标为决定系数、均方根误差、散点拟合线的斜率与截距。结果表明该研究可为壁画盐含量的快速、无损检测提供新的技术手段。

内容介绍：

背景

壁画蕴含政治、经济、文化、科学技术及生产工艺等历史信息，具有重要的研究价值。由于长期的自然侵蚀与人类活动的影响，壁画保存现状令人堪忧。尤其是壁画生存环境的温度与湿度的剧烈变化，导致壁画支撑体与地仗层中的水盐不断运移，处于结晶与游离态的硫酸钠体积相变，反复膨胀松弛，使得颜料表层出现酥碱、盐霜，甚至发展为起甲、脱落病害，造成壁画的永久损伤。

表1 不同盐分指数回归模型反演精度

图1 最优高光谱盐分指数反演盐浓度拟合图

存在问题与发展方向

实验中影响反演精度的主要因素是盐分含量变化特征波段受水分因素影响大，盐分浓度单因子物理响应难以保证， 此外现场图谱采集条件、传感器波段对盐分浓度变化敏感程度与特征波段提取方式也会间接影响其精度。壁画中盐分光谱的特征发掘与定量反演有重要意义，可为壁画的保护与修 复提供决策支撑。同时，围绕壁画光谱增强、盐分变化特征信息智能提取的深入探索十分必要，将多元回归分析与机器学习结合应用于其他不同类型的真实壁画盐分预测是未来的研究趋势。