受到环境变化和人类活动的影响,彩绘文物表面会出现褪色或颜色缺失的情况,需要尽快对其进行数字化留存和色彩修复。对修复区域使用的颜料种类进行确定是色彩还原的关键步骤。因此,亟需利用现代科技手段判断彩绘文物表面颜料类型,留存颜料信息,为修复工作者提供科学依据,提高修复效率。为了避免对文物造成二次损害,本文选择无损的高光谱技术对彩绘文物全表面颜料信息进行获取和分析,建立了针对中国绘画的典型颜料光谱库,有利于文化遗产的数字化存档和永续留存。根据绘画技法,画家在创作时经常会使用多种颜料混合,使作品呈现出绚丽的色彩。因此,通过肉眼或高光谱等仪器观察到的字画、壁画表面的颜色往往是多种颜料的复合色。大多数光谱识别方法一次只能识别一种颜料,或是通过光谱解混后再进行匹配,较为复杂且需要先验知识。基于此,本文提出一种顾及离子吸收特征的光谱分段识别方法,可以实现绘画表面混合区域多种颜料的同时识别。本文基于国画和壁画的高光谱影像和反射光谱,通过端元估计、图像聚类、光谱识别、以及颜料填图“四步走”的流程,实现绘画表面颜料类别的确定和空间分布的可视化。主要研究成果如下:(1)构建了一个典型绘画颜料光谱库。目前国内外针对中国绘画表面典型颜料建立的光谱库还很少。本文选择了中国绘画使用的典型颜料制作样本,利用电子显微镜、拉曼光谱仪、扫描电镜以及便携式X荧光仪测试颜料的化学成份,利用光谱辐射仪采集350-2500 nm的反射光谱,建立典型颜料光谱库,作为光谱识别的基础。并收集真实文物表面颜料光谱数据,留存于典型绘画颜料光谱库中,为其建立数字化档案,助力文物的永续留存。(2)提出了一种顾及离子吸收特征的光谱分段识别方法。分析典型颜料中主要离子和官能团的光谱吸收位置,以此作为划分特征子区间的依据。然后从待测的整条光谱中提取出特定的特征子区间,逐区间进行光谱吸收系数匹配,以保证准确定位且不遗漏光谱的关键吸收特征。接着对各区间结果进行权重分配,计算每种颜料的加权指数。最后,通过阈值筛选确定最终的识别结果。结果表明其识别性能优于利用整条光谱进行匹配的方法,并且能够正确识别出混合颜料的主要成分,相比于光谱解混方法,该分段识别方法更加简便。(3)提出了一种颜料识别与填图“四步走”的流程。首先,根据高光谱图像的特征值估计端元数目,据此对图像聚类的初始类别数进行设置。然后,利用非监督分类方法找到图像上的同质区域。接着根据聚类结果分别采集各类感兴趣区域的反射光谱,通过光谱识别方法确定每个区域存在的颜料类型。最后,在分类图像上对光谱识别结果进行填图。该流程更加直观的展示了混合区域颜料的种类及其空间分布。