浅谈文物保护中数字图像修复技术的应用

周福波

（济南市博物馆，山东 济南 250014）

引言

随着人们物质生活水平的不断提高，我国越来越重视文物的积极作用，并不断加大保护和管理力度，来提升我国文物保护修复水平，使其更好地发挥其教育意义。文物由于距今年代较为久远，其很容易受到外界环境变化影响，给保护和修复工作增加了较大的难度。随着科学技术水平的提高，在开展文物保护的过程中，很多地区开始应用数字图像修复技术，取得了较为明显的效果。

一、数字图像修复技术内涵

1.数字图像修复技术定义

近年来，数字图像修复技术在各个领域之中应用十分普遍，其利用最新科学技术来对信息和图像出现缺损或者消退的情况进行修复，修复效率较高，修复效果较好。在数字图像修复技术中，偏微分方程式计算法和K-均值聚类算法在其中运用较多，对于修复起到至关重要的作用。数字图像修复技术起源于21世纪初期，随着科学技术的不断发展，各类先进修复技术不断涌现，修复效果不断得到优化，极大地提升了当下文物保护和修复水平，有着极为重要的应用价值[1]。

2.数字图像修复技术特点

2.1 广泛性

在当下，无论是中国还是外国，文物保护和修复工作都是一项极为重要的工作，数字图像修复技术应用也十分广泛。且随着近年来经济水平的不断提高以及科学技术水平的进步，数字图像修复技术水平也得到了全面的提升，更进一步地促使其广泛推广应用。

2.2 自动性

数字图像修复技术由于采用计算机科学技术，从检测文物毁损程度起即实现自动化操作，可自动对文物进行扫描检测，来确定其受损面积和位置，从而方便技术工人有针对性地制定修复方案，为接下来的修复工作打下坚实的基础。以故宫对《蒋懋德山水图贴落》修复为例，其保存状况极差，修复起来难度较高。因此，在开展修复的过程中，工作人员利用数字图像修复技术中的无损伤勘查技术和多光谱检测分析等技术手段，利用透光摄影技术对文物的损伤部位进行精准定位扫描，来确定其中的病害分布位置，并利用多角度摄影技术来建立起三维病害模型，从而制定出科学的修复方案，最终成功复原出这一故宫面积最大的帖落，完全恢复了其历史风貌，修复效果极好[2]。

二、文物保护中数字图像修复技术的重要作用

1.文物保护现状

文物的保护和修复专业性较强，难度较大，对专业水平要求较高，很多文物由于保护不善，出现大量毁损，给修复增加了较大的难度。在开展修复的过程中，对于修复人员的专业水平要求极高，很多时候为提升修复效果，依旧采用传统人工修复，这就对修复人员的技术水平提出极大的要求。当下，很多地区缺乏专业文物保护和修复人员，一定程度上制约了文物保护和修复工作的顺利开展[3]。

文物修复和保护相关管理制度不健全。文物保护修复和管理是一项专业性极强的工作，需要有健全的制度来保障其顺利实施。但在实际开展工作时，尽管国家已经出台系列有关于文物保护的相关条例和法律法规，但落实到实际工作中，很多地区相关部门并没有根据自身实际情况来健全符合地方文物保护和管理的各项制度，在实际工作中存在一系列漏洞，极为容易被不法分子所利用，给文物保护遗留下一定的安全隐患。

2.文物保护中数字图像修复技术的重要作用

当下，计算机科学技术有了长足的发展和进步，信息化不断普及，而在文物保护和修复的过程中，数字图像修复技术也越来越多地被应用到实际工作过程中，且随着广泛应用，推动了数字图像技术的不断完善和优化，提升了修复效率，提升了我国文物保护水平。近年来，各种文物类纪录片也在不断涌现，尤其是2017年央视和故宫博物院联手打造的《我在故宫修文物》全面的展示了文物修复过程，提升了人们对于文物修复这一领域的关注度，推动了保护和修复工作的不断进行。

在传统图像的呈现和处理方式上，载体较为单一，以胶片或者纸张为主，对于保管条件要求较高，一旦周围环境温度和湿度出现变化，或者受到外力作用影响，会对载体造成极大的伤害，破坏其信息的完整度，更给修复工作带来了极大的难度，修复效率不高。而随着科学技术的发展，数字图像越来越广泛地被应用到各个领域之中，给信息的保存提供了更多载体，提升了信息的保管效率。而在文物保护和修复过程中，引入数字图像虚拟修复技术来极大地提升修复效率。其可对需要修复的文物进行全面分析评估，对文物进行虚拟建模，来制定科学的修复方案，减少修复过程中出现的误差，促进文物修复的顺利进行[4]。

三、文物保护中数字图像修复技术的应用策略

1.虚拟修复技术

在文物保护过程中引入数字图像修复技术，可促进文物修复工作的顺利进行。在实际应用过程中，虚拟修复技术应用十分广泛。工作人员可利用虚拟技术获取文物各项信息，并针对文物相关信息进行建模处理，在文物受损部位进行填充修补，确保修补过的文物最大限度地还原文物自身风貌。在开展修复时，需利用多种数字技术对文物进行图像复原，这就对修复人员的专业水平和道德素养提出了较高的要求，修复人员不仅需要具备相当高的考古学知识和历史知识，更要有着熟练的计算机操作技术，才能更好地开展文物修复工作。很多地区在开展文物的修复过程中，积极引入数字图像修复技术中的虚拟修复技术，对文物进行综合分析，客观评估其中的病害类型，建立数字图像，借助数字图像修复技术中的偏微分历程理论和统计学原理来构建虚拟模型，同时，对不可见的部位进行分析，来制定修复计划，提升修复效率[5]。

虚拟技术在文物修复中应用较广，尤其是在修复字画类文物和瓷器青铜器类文物中应用十分广泛。这些文物自身载体十分脆弱，一旦修复过程中出现失误，将会导致不可挽回的后果。这时，虚拟技术可发挥其积极作用。以宁波博物院中古字画装裱修复为例，在开展修复时，采取古法与今术相结合的方式，首先对文物进行无损检测，对文物现状和病害进行全面分析，做出虚拟模型，来有针对性地制定修复计划，取得了较好的修复效果。

2.有效算法应用

在数字图像修复技术中，K-均值聚类算法应用也较为广泛，尤其是在缺损处较大的文物上得到广泛应用。修复人员在开展修复的过程中，需对文物进行全面分析，寻找需要修补的中心位置，找出其他有缺损的部位，来对缺损处进行修复。以对古建筑进行修复为例，一般来说，古建筑由于结构以木质为主，极为容易出现霉变和虫蛀现象，油漆彩绘脱落现象较多，构件中上锈现象也较为普遍，修复难度较高。且很多建筑类文物并没有可供参考的历史图像记载，本身缺损情况又较为严重，修复难度极高。这种情况下，修复人员就可利用K-均值聚类算法技术，来确定定类数K，利用函数公式确定破损部位的中心点，利用最大相似性原则，根据不同类型将数据进行分组，分组之后利用函数公式继续进行运算，直到计算误差达到预期目标或者无法继续运算为止，这就可以得出需要修复的完整图像，从而为以后修复工作打下基础，提供可靠的依据[6]。

在有效算法中，偏微分方程式算法应用也较为广泛，其主要针对由于外界自然气候影响或者是由于欠缺相关档案记录而导致文物修复出现问题而应用的。在文物的修复和保护过程中，有时会遇到测量数据和现存资料上的显示数据不符合的情况，这时，K-均值聚类算法无法继续应用。修复人员可利用偏微分方程式算法来对受损位置进行评估，从而得出相关数据，为今后开展修复文物修复和保护工作奠定基础。

3.其他应用路径

在具体应用过程中，首先需对文物状况进行详细分析，搜集相关资料信息，来划分文物类别，借助数字图像技术来对文物进行全面扫描，得出其损毁部位相关信息，从而有针对性地制定修复计划；在确定损坏位置信息后，需进行建模处理，进行虚拟修复，在虚拟修复的过程中发现修复方案的不足之处并及时对其进行调整，反复确认无误之后再应用到实际修复文物的过程中，降低失误操作带来的损失。除此之外，在开展修复的过程中，需针对实际情况灵活调整修复方案和修复技术，将各项修复技术有机结合在一起，最大限度地发挥数字图像修复技术在文物修复过程中的积极作用，提升文物修复水平。

结语

文物有着极为重要的历史意义和社会意义，其承载着一个时期内社会经济发展情况和人们生活方式，是一个历史时代的最好见证，加大对文物的保护和修复力度符合当下我国社会主义精神文明建设的要求，更可提升人们的民族自豪感和民族荣誉感。随着科技水平的提升，数字化信息化已经被广泛地应用到文物保护和修复过程中，提升了保护和修复效率，有着极为重要的现实意义。在具体应用过程中，需根据实际情况合理选择修复技术，更要不断对修复技术进行创新和研发，来最大限度地发挥数字图像技术在文物保护中的积极作用。