CN103149164A - 基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法与装置，包括图像采集模块和图像分析与鉴别模块，所述图像分析与鉴别模块包括计算机、数据库和显示器；所述图像采集模块包括密闭装置、宽带可控的稳定光源、由CCD、镜头及光滤波器组成的光谱成像和与CCD相连的图像采集卡，所述宽带可控的稳定光源位于所述密闭装置中。所述鉴别方法是通过所述宽带可控的稳定光源照射待鉴别国画；图像采集卡采集经光谱成像统成像后的不同波段的光谱图像并转存到所述计算机中的，计算机调用数据库进行分析比较并将鉴别结果输出至显示器。本发明的鉴别方法和装置均具有低背景噪声、光强均匀可控以及同时结合光谱特征、图像特征进行鉴别的特点。

Description

基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法与装置

技术领域

本发明涉及光谱成像技术的应用领域，具体涉及基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法与装置。

背景技术

目前国画的真伪鉴别主要以专家的经验鉴定方式为主，并在国内古书画鉴定领域起着相当重要的作用。经验鉴定在漫长的历史发展过程中，总结和积累了丰富的经验和知识，形成了独特的理论体系。它在书画作品风格、艺术功力等艺术形态的分析上形成了特有的方法，时至今天仍保有着巨大的应用前景。

然而，必须看到，目前以专家经验“目鉴”为主的鉴定方法并不完善。首先，专家的经验鉴定要求专家有足够的“经验”；一名书画鉴定师的培养需要大量的相关经历和相当长时间的砺练，目前国内真正称得上国家级中国古书画鉴定的大师屈指可数。其次，书画鉴定师们可资参考的鉴定经验在传承上存在不足；由于没有确定的参考体系（标准），即使是鉴定大师毫无保留的传授鉴画经验，接受者能否有效地传承往往还取决于其“悟性”；悟性的不足会导致大师经验的失传或部分失传。再者，因为是经验鉴定，缺乏相关数据的定量描述，不同专家之间的鉴定结果往往大相径庭。最后，专家鉴定方法中，专家鉴定意见往往会受到相关利益方的干扰；虽然大部分专家都会坚守职业道德，但不能从根本上杜绝“利益鉴定”的出现。由于上述的原因，目前专家鉴定方法在某种程度上会受到质疑，不少学者尝试利用科技手段进行古书画的鉴定，摸索中国古书画的科技鉴定方式。

目前可应用于书画鉴定的科学技术方案主要分为各种各样的光谱技术及年代推断分析技术，和基于计算机视觉的图像真伪鉴别。

其中光谱技术和年代推断分析技术可以有效地进行书画中相关材质，包括所用纸质、颜料的年代、类别等信息的取证与鉴别。然而，这些技术取证也同样具有不完善之处。一方面是技术取证检测需要把书画中的相关部分进行采样，往往要对书画进行取样、提取（介入提取），对书画原件造成损伤。另一方面，取样通常是局部的，而且目前所采用的技术取证方法往往单纯地作材质的分析、年代的分析，仿造者利用相关的材质往往可以蒙混过关。再者，通过技术取证获取的信息通常是单纯材质的技术数据，与书画作者的特征无关。最后，目前的技术取证设备较复杂昂贵、检测复杂。

而基于计算机视觉的图像真伪鉴别则是利用计算机模拟人的视觉感知方式，借助图像处理、计算机视觉及模式识别等技术，将作品中最具特色的对象，如提款、印鉴及书画内容等，与原作进行对比，给出定性或定量的指标，作为人们判定该作品真伪的辅助依据。然而这种鉴别方法的主要不足是图像信息的获取是在复合可见光波段范围内，信息量不足，无法通过分析不同波长的图像得到书画相关的物理化学信息，不能从材料特性方面对真、伪作品进行区分，无法鉴别高仿作品。

基于上述原因，目前中国古书画鉴定的科学取证方法的实用性不强，普及率不高；更重要的是中国古书画鉴定的科学取证方法尚未与传统的专家书画鉴定相结合，未能得到书画鉴定界的认可，业界相关研究工作者一直在探寻更好的、更完善的鉴定方法。

光谱成像(Spectral Imaging)是通过成像光谱仪记录被检验物体在一定光谱范围内密集均匀分布的多个窄波段单色光的反射光亮度分布或荧光亮度分布，形成由许多单色光影像构成的光谱影像集。这些光谱影像将成像范围内任意点的空间位置及其光亮度值，真实的与被检验物体上相应物点位置、光学特性一一对应，且每一点上的光谱亮度曲线能够在一定程度上反映被检验物体上的化学成分，因此可通过光谱图像检验、鉴别物质。

光谱成像技术按光谱分辨率不同可分为多光谱、高光谱、超光谱。其中高光谱与超光谱成像系统由于其光谱分辨率高，适用范围更广，但价格高昂，数据处理量大；而对于特定对像与工作环境，多光谱技术更加经济，数据处理更加简便且信噪比更高。

光谱成像技术结合了光谱分析系统和空间成像系统的功能，不仅能够得到物体的形貌信息, 而且还能够得到图像中每个像素所对应的光谱信息，它既具有图像分析的高分辨率特性, 又具有光谱分析的化学成分分析功能，与单纯的图像分析或者光谱分析相比, 具有信息量更大、功能更为强大、分析方法更加灵活的特点，因此在分析处理与信息获取领域备受重视。从20世纪70年代起，光谱成像技术首先应用于航天航空遥感对地观测领域，并逐步在农业、生物医学、博物馆作品珍藏、食品检测、高精度彩色打印、计算机图形学等领域广泛应用。20世纪90年代以来，可见光波段的光谱成像技术研究成为颜色科学的研究前沿，并在颜色的再现与复制上得到了很大的发展，但应用于书画鉴别的研究仍存在着空白。

目前基于光谱成像技术的纸质品研究有印刷品的真伪鉴别，它主要通过光谱成像仪对测试样品进行光谱扫描，并利用光谱数据处理机将采集到的反射谱数据与数据服务器中标准样品的光谱数据进行对比，可识别出颜色相近的复制品。但由于印刷品是近现代工业的产物，价值相对较低，因此在鉴别过程中只着重分析比较了纸张、油墨等印刷材料的异同，而对材料本身并没有进行年代推断分析，也没有对书画内容进行精细的图像识别。

而本发明提出的基于光谱成像技术的国画鉴别方法，与其具有重要区别。国画，又称中国画，是中华民族特有的艺术形式，在世界美术领域中自成体系，是东方艺术的典型代表。但由于其容易损坏的特性，流传至今的古书画数量极为稀少，具有珍贵的考古价值和文化价值。国画的载体材料包括纸张、墨及各种颜料，通过分析和鉴别国画所使用的纸张、墨和颜料，有助于了解绘画者当时所使用的材料、制作技术，而某些特殊的纸张、墨和颜料的鉴别结果可为国画的断代提供直接证据。

其中用于书写作画的中国传统手工纸根据所用的原料不同大致可以分为皮纸、麻纸、藤纸、竹纸等，不同的纸应用于不同时期，具有不同的特点。其中宣纸是中国传统皮纸生产技术发展的高峰，具有纯白细密、透而弥光、不腐不蛀及润墨性等特点，是表现中国书画艺术的最佳载体，千百年来深受文人墨客、书画名家的珍爱。又由于各时代加工工艺技术的不同，以及时尚和书画家个人喜好有别，纸张可作为书画鉴别断代的重要参考。

墨在中国文化中有着的特殊地位，它作为“文房四宝”之一，在中国有着悠久的历史，在世界物质和技术发展史中同样具有非常特殊的地位。墨主要由烟料和胶料组成，一般用于书写作画的好墨应该具有烟细质坚、胶清、色黑而光等特性，同时又表现为纹理细腻，耐久性好，色彩长久如新，几乎不会变质，且带有墨香。墨除了用于书写外，还用于绘画、印刷、美容甚至医药，它对提升我国历代书法、国画、彩绘及印刷的文化层面起着重要的作用。此外，陈墨具有纯黑朗润、色感厚实的特征，且带有一股自身的古朴淡远的馨香之气，显现出一种古朴的色调，与新墨有着明显的差别。

中国画颜料是中国画创作的专用颜料，虽未列入文房四宝，但却是中国画家不可或缺的重要画材，是中国传统绘画体系的一个重要组成部分。它大体上可分为矿物性颜料、植物性颜料和金属类颜料等，而各种性质的颜料在绘画中所起的作用和所表现出来的效果是完全不一样的。矿物性颜料又称“石色”，是把天然矿石经过采集、粉碎、研磨、漂洗加工而制成的，它是工笔重彩画的主要颜料，其主要特点是覆盖力强，性质稳定、耐久，且特有的结晶体光泽增加了色彩的明度。而植物性颜料的主要原料是从植物的根、茎、叶中提取的汁液，因而又称为“水色”，其特点是质地透明、颜色润泽。金属类颜料使用的历史悠久，在我国传统绘画材料中仅有金、银两种，由纯金、纯银制成，价格昂贵，在画面上能产生华丽的效果。而现代的锡管装化学颜料则极容易变色，不易保存，经不住时间的考验，根本无法与传统的中国画颜料相比。

此外，国画上常附有可以代表作者身份的印鉴，这为国画的鉴别提供了参考依据。印鉴，又称印文，是印章印面在国画等纸质品上直接按印或粘附色料盖印的印迹，是证明国画真实性的重要凭证。自古以来，书画家在用印方面，各人的秉性不尽相同，有的人一生所用的印章并不多；而有的人在不同的时期使用不同的印章，且不断更换印鉴样式，一生用印不下数百个。此外，出现在不同作品中的同一内容和形式的印鉴也不尽相同，这是由于盖印时手势的轻重与正偏情况不同而造成的印鉴的清晰度及完整度不一。因此在正确识别真的印鉴在不同印压条件下造成的差异同时，准确区分真假印鉴是鉴别国画真伪的一个重要环节。

基于以上国画中纸张、墨、颜料及印鉴的特点，本申请提出了具有低背景噪声和光强均匀可控等特点的反射式的国画测量与鉴别方法及其实现装置；并在此基础上，针对宣纸透光的特性，进一步提出了透射式的国画测量与鉴别方法及装置；最后综合两者提出反射与透射联合应用的国画测量与鉴别方法及其实现装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法与装置，具体技术方案如下。

基于光谱成像技术的国画真伪鉴别装置，其包括图像采集模块和图像分析与鉴别模块，所述图像分析与鉴别模块包括计算机、数据库和显示器；所述图像采集模块包括能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置、宽带可控的稳定光源、由CCD、镜头及光滤波器组成的图像获取系统和与CCD相连的图像采集卡；所述宽带可控的稳定光源位于所述密闭装置中，用于产生不同波段的光并照射待鉴别国画；所述图像获取系统用于接收经待鉴别国画反射的光线或透射过待鉴别国画的光线并进行成像，所述图像采集卡用于采集经图像获取系统成像后的不同波段的光谱图像并转存到所述计算机中的，所述计算机与数据库及显示器相连，计算机调用数据库进行分析比较并将鉴别结果输出至显示器，所述数据库用于存储已知国画真迹与待鉴别国画的光谱特征与图像特征；所述计算机还与图像获取系统相接，通过控制图像获取系中的光滤波器而获得单色光在CCD中成像。

进一步的，作为优选方案，所述宽带可控的稳定光源和图像获取系统位于待鉴别国画的同一侧且均朝向待鉴别国画的正面。

进一步的，作为优选方案，所述宽带可控的稳定光源和图像获取系统分别位于待鉴别国画的两侧。

进一步的，作为优选方案，所述照相系中的光滤波器、CCD、镜头顺次排列。

进一步的，作为优选方案，鉴别装置具有两个所述图像获取系统和两个图像采集卡，且两个图像获取系统分别位于待鉴别国画的两侧，每个图像获取系统均通过一个图像采集卡与所述计算机连接。

进一步的，所述宽带可控的稳定光源在可见光到近红外（380nm-1100nm）范围内都有较为均匀的光谱功率分布，且光源发出的光在密闭装置内壁均匀的漫反射作用下，使待鉴别国画上每一点的光照强度大小均匀。

本发明提供的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法之一是：将待鉴别的国画置于能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置内，并同时在该密闭装置内部使用宽带可控的稳定光源照射待鉴别国画，使待鉴别国画每一点上的光照强度大小均匀，且在整个测量光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布；通过计算机控制光滤波器，让不同光谱范围的反射光进入图像获取系统的CCD中形成不同波段的光谱图像，并通过图像采集卡转存到计算机中；再由计算机从采集到的光谱图像中提取墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的光谱特征与图像特征，并与数据库中事先获取的已存真迹的光谱特征和图像特征相比较，最后将待鉴国画与真迹中墨、颜料、印鉴及宣纸的差异进行综合，把差异小于预设值的作品判定为真，把差异大于预设值的作品判定为假。

本发明提供的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法之二是：将待鉴别的国画置于能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置内，且待鉴别的国画位于宽带可控的稳定光源与图像获取系统的CCD之间，待鉴别的国画由透明载体支撑，并同时在该密闭装置内部使用宽带可控的稳定光源照射待鉴别国画，使待鉴别国画每一点上的光照强度大小均匀，且在整个测量光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布；光源发出的光经均匀扩散后照射于待鉴国画上，并在光滤波器的选择作用下使不同光谱范围内的透射光进入CCD中，形成不同波段的光谱图像，通过分析比较待鉴国画与数据库中已存真迹的墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的光谱特征与图像特征，将综合差异小于预设值的待鉴国画认定为真品，而将综合差异大于预设值的作品认定为伪造品。

本发明提供的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法之三是：将待鉴别的国画置于能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置内，且待鉴别的国画位于两个图像获取系统之间，待鉴别的国画由透明载体支撑，并同时在该密闭装置内部使用宽带可控的稳定光源照射待鉴别国画，使待鉴别国画每一点上的光照强度大小均匀，且在整个测量光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布；光源发出的光经均匀扩散后照射于待鉴国画上，一部分作为反射光反射进入密闭装置上方图像获取系统的CCD中，而另一部分则穿过待鉴国画成为透射光进入下方图像获取系统的CCD中，实现反射特性与透射特性的同时测量；将反射与透射两种情况下测得的墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的光谱特征与图像特征分别与数据库中对应的光谱特征与图像特征进行比较，并将该两种情况中差异较大的差值与预设值相比，若差值大于预设值则判定为假，若小于则判定为真。

上述鉴别方法中，其中反射式的鉴别方法是将待鉴别的国画置于密闭的、具有均匀漫反射特性的装置内，屏蔽自然光等未知光源的干扰，并同时在装置内部构造一个宽波段的稳定可控的光源作为已知的光源，使待鉴国画每一点上的光照强度大小均匀，且在整个测量光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布；而光滤波器在计算机的控制下，让不同光谱范围的反射光进入CCD中形成不同波段的光谱图像，并通过图像采集卡转存到计算机中；再由计算机从采集到的光谱图像中提取墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的光谱特征与图像特征，并与数据库中的参考标准相比较，得出鉴别结果。而透射式的鉴别方法则是将待测国画放在位于光源与CCD之间的透明载体上，由光源发出的光经均匀扩散后透过宣纸进入CCD中，形成与反射式具有不同光学特征的透射光谱图像，通过分析比较其光谱特征与图像特征，同样可得出鉴别结果。至于反射与透射联合应用的鉴别方法则是综合前两种方法，通过同时测量在同一均匀光照下待鉴国画的反射特性与透射特性，并综合两者的比较结果得出鉴别结论。这三种国画测量与鉴别方法都具有低背景噪声、光强均匀可控、光谱功率均匀分布及光谱特征、图像特征结合分析比较的特点。

本发明提出三种低背景噪声下的国画真伪鉴别方法及装置，与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

（1）低背景噪声

将国画平放于密闭的装置内，屏蔽外界的未知光源，减少了扫描结果中的背景噪声，提高了扫描输出的信噪比。

（2）光强均匀大小可控

在特征（1）中的密闭装置内部采用均匀漫反射材料，并以多个稳定可控的光源作为已知光源，通过多角度照射的方式使照射光在视场范围内变得均匀，从而保证照射在待鉴国画上每一点的光照强度都是大小一致，且不随时间变化而波动。

（3）光谱功率均匀分布

在特征（2）中采用的光源具有从紫光到红外光整个光谱范围内都有均匀光谱功率分布的特点，使进入CCD的光照强度不会因为光滤波器的干涉波长不同而有所差别。

（4）光谱特征与图像特征相结合

光谱图像经计算机处理后提取其光谱特征和图像特征，并与数据库中参考标准进行比较分析，最后在综合两者比较结果的情况下得出鉴别结论。

具体实施方式

下面结合实施方式及附图对本发明作进一步详细的描述：

反射式的国画鉴别装置如图1所示，可分为图像采集模块和图像分析与鉴别模块。其中图像采集模块中包括屏蔽外界未知光源的密闭装置、装置内部宽带可控的稳定光源以及由CCD、镜头及光滤波器组成的、部分嵌入到密闭装置中的图像获取系统，和与CCD相连，用于将收集到的不同波段的光谱图像转存到计算机中的图像采集卡；而图像分析与鉴别模块则由计算机、数据库和显示器组成，其中计算机与数据库及显示器相连，实现调用数据库进行分析比较以及输出显示的功能。另外，计算机还与图像获取系统相接，实现对扫描波长的控制。

反射式的鉴别方法的实现步骤如下：

首先将待鉴别国画平放在密闭的装置中，由于外部的未知光源发出的光无法透过装置照射在国画上，因此在装置内部不提供光源，且没有来自外界未知光源产生的背景噪声的情况下，国画处于黑暗的环境中，CCD所采集到的图像应为一片漆黑，且图像越黑越没有影像，背景噪声就越小，就越有利于提高扫描输出的信噪比。

然后由安装在密闭装置内部的宽带可控的稳定光源（即在可见光到近红外范围内都有较为均匀的光谱功率分布）作为国画图像采集过程中的唯一已知光源，从光源发出的光经密闭装置内壁的均匀漫反射后均匀地照射在国画上，并反射进入CCD中形成一幅幅不同波段的光谱图像。又由于光源具有稳定性好、在紫光到红外光整个光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布的特点，因此所采集到的光谱图像上每一点的光照强度不随时间的变化而波动，而不同波段的光谱图也不会因为光滤波器的干涉波长不同而导致进入CCD的光照强度有所变化，它是一个恒定不变的值，这为国画表面的光谱反射率重建提供了便利，同时也减少了光谱反射率重建时不可避免引入的估算误差。

同时，为了得到待鉴国画在不同波长光下的光谱图像，反射光在进入CCD之前，还需要先通过光滤波器。光滤波器是一种在一定的外加电压下，只允许特定光谱范围内的光通过，而不允许其它波段的光通过的一种器件，它使得进入CCD的光的波长都处于能透过滤光器的特定光谱范围内，从而形成特定光谱范围下的光谱图像。而扫描过程中可通过计算机改变施加在光滤波器上的电压来改变通过中心波长，每调整一次波长记录下该波段的光谱图像，然后再设定下一个波段，直至完成所有预定波长的图像采集任务为止。由于有计算机的精确控制，使得所采集的光谱图像与所设定的波长基本相符。又由于图像获取系统在扫描过程中不需要作机械移动，避免了移动过程中由于图像获取系统的震动而引入不必要的误差。

在CCD中得到的光谱图像通过图像采集卡转存到计算机中，经过去噪、前景提取等预处理后，分别从光谱特征和图像特征两个方面进行比较识别。其中光谱特征的识别可通过特征点上光谱曲线的比较来进行。光谱曲线是将同一个检测点在多个不同波段光照射下的反射率整理而成的，其曲线的走向及波峰、波谷等特征点的位置能在一定程度上反应该点的化学特性，在分析鉴别物质时起着重要的作用，而光谱反射率与CCD的像素响应值有着密切的关系，可通过CCD的输出值重建国画的光谱反射率。在把CCD的像素响应值作为该中心波长处的光谱响应值时，CCD的像素响应值可表示为

$C_k=I_R\left({\mathrm{\λ}}_k\right)R\left({\mathrm{\λ}}_k\right)T\left({\mathrm{\λ}}_k\right)F_k\left({\mathrm{\λ}}_k\right)\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)+n_k$     (k = 1，2，…)

式中C_k表示CCD在第k个波长通道的输出值，I_R(λ_k)为光源的光谱功率分布，R(λ_k)为国画表面的光谱反射率，T(λ_k)为镜头的光谱透过率，F_k(λ_k)为光滤波器第k个波长通道的光谱透过率，α(λ_k)为CCD的相对光谱响应，n_k为第k个波长通道的加性噪声。

其中镜头的光谱透过率T(λ_k)、光滤波器的光谱透过率F_k(λ_k)和CCD的光谱响应α(λ_k)经标定后都是固定值，可通过实验测得；而加性噪声n_k可通过消除暗电流、相对辐射定标处理等方法进行去除；又因为测量过程是在严格可控的光照条件下进行的，光源的光谱功率分布I_R(λ_k)同样可由实验获得。因此国画表面的光谱反射率可由公式

$R\left({\mathrm{\λ}}_k\right)=\frac{C_k}{I_R\left({\mathrm{\λ}}_k\right)T\left({\mathrm{\λ}}_k\right)F_k\left({\mathrm{\λ}}_k\right)\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)}$

求得，进而可得到国画特征点上的光谱曲线，再通过与数据库中预先测得的真国画的光谱曲线相比，差别的大小作为真伪判决的一个重要依据。而图像特征的识别则需要在计算机的辅助，先对所得光谱图像进行预处理，将与待提取特征无关的内容当作噪声滤除，而将墨、颜料、印鉴、签名及宣纸等待鉴别的内容所对于的图像信息尽可能完整地保留下来；然后从处理后的图像中提取颜色、纹理、边缘、形状等特征，并与数据库中的预留标准相比较，以所得的比较结果作为判别的依据。其中预留标准可用同样的方法从受认可的真迹中提取，并预先存入数据库中。

最后综合光谱特性与图像特性的比较结果，对待鉴国画的真伪作出判决，避免了只作光谱分析或只作图像识别的片面性，同时光谱分析和图像处理都是快速、高效、无损伤的方法，对待鉴国画的影响很小，是对国画进行真伪分析与鉴别的理想工具。

透射式的国画测量与鉴别装置如图2所示，它与反射式的测量与鉴别装置所不同的地方是密闭装置分为上下两层，中间的隔板对测量光谱范围内的光具有全透性，使测量范围内的任意波长的光在穿过隔板时都有同等的变化，避免了对部分波段的光谱图像作不必要的修正；同时隔板作为密闭装置上层的平台，起着固定与摆放国画的作用。此外，光源的位置也从原本国画的上方转移到国画的下方，光源发出的光经均匀扩散后透过国画本身进入CCD中，所得到的光谱图反映的是国画的透射特性而不再是反射特性。然后通过分析CCD中所得到的光谱图，提取特征点上的光谱曲线，可得到墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的透射特性，并与数据库中预先存放的国画真品测量值相比较，对国画的真伪作出判决。

反射与透射联合应用的国画测量与鉴别装置如图3所示，其密闭装置与透射式相同，都具有双层结构，且中间隔板都是对测量范围内的光具有全透性的特点，不同点在于光源的位置由下层转移到上层，而下层嵌入了一个由光滤波器、镜头及CCD组成的图像获取系统。上层光源发出的光均匀地照射在国画上，一部分经反射进入上层的CCD中，另一部分透过国画进入下层的CCD中，在两个CCD中形成的光谱图均通过与之相连的图像采集卡转存到计算机中进行光谱特征与图像特征的提取与分析，并与数据库中的参考量相比，共同决定鉴别结果。

这三种测量与鉴别方法均具有光谱成像技术的高光谱分辨率、图谱合一及光谱波段多的特点。它们都可以在测量光谱范围内将光谱划分成多个窄波段，实现在紫光到红外光这一光谱范围内的连续成像。而所得到的光谱图一方面拥有了二维的高分辨率的平面图像，表现为国画在空间分布的的影像特征，可用于图像特征的分析与识别；另一方面拥有光谱维，即将光谱图按波段顺序迭合起来可构成图像立方体，若以其中某一像元或像元组为目标，把波长作为自变量，可作出该像元或像元组的光谱曲线，从而获得它们的光谱特征。又由于这些光谱曲线真实地反映了入射光经反射或透射后能量百分比随波长的变化规律，可以在一定程度上对该像元中的物质进行识别。

Claims (9)

1.基于光谱成像技术的国画真伪鉴别装置，其特征在于包括图像采集模块和图像分析与鉴别模块，所述图像分析与鉴别模块包括计算机、数据库和显示器；所述图像采集模块包括能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置、宽带可控的稳定光源、由CCD、镜头及光滤波器组成的图像获取系统和与CCD相连的图像采集卡；所述宽带可控的稳定光源位于所述密闭装置中，用于产生不同波段的光并照射待鉴别国画；所述图像获取系统用于接收经待鉴别国画反射的光线或透射过待鉴别国画的光线并进行成像，所述图像采集卡用于采集经图像获取系统成像后的不同波段的光谱图像并转存到所述计算机中的，所述计算机与数据库及显示器相连，计算机调用数据库进行分析比较并将鉴别结果输出至显示器，所述数据库用于存储已知国画真迹与待鉴别国画的光谱特征与图像特征；所述计算机还与图像获取系统相接，通过控制图像获取系中的光滤波器而获得单色光在CCD中成像。

2.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别装置，其特征在于所述宽带可控的稳定光源和图像获取系统位于待鉴别国画的同一侧且均朝向待鉴别国画的正面。

3.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别装置，其特征在于所述宽带可控的稳定光源和图像获取系统分别位于待鉴别国画的两侧。

4.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别装置，其特征在于所述照相系中的光滤波器、CCD、镜头顺次排列。

5.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别装置，其特征在于具有两个所述图像获取系统和两个图像采集卡，且两个图像获取系统分别位于待鉴别国画的两侧，每个图像获取系统均通过一个图像采集卡与所述计算机连接。

6.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的国画真伪鉴别装置，其特征在于所述宽带可控的稳定光源在可见光到近红外范围内都有较为均匀的光谱功率分布，且光源发出的光在密闭装置内壁均匀的漫反射作用下，使待鉴别国画上每一点的光照强度大小均匀。

7.基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法，其特征在于包括：将待鉴别的国画置于能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置内，并同时在该密闭装置内部使用宽带可控的稳定光源照射待鉴别国画，使待鉴别国画每一点上的光照强度大小均匀，且在整个测量光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布；通过计算机控制光滤波器，让不同光谱范围的反射光进入图像获取系统的CCD中形成不同波段的光谱图像，并通过图像采集卡转存到计算机中；再由计算机从采集到的光谱图像中提取墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的光谱特征与图像特征，并与数据库中事先获取的已存真迹的光谱特征和图像特征相比较，最后将待鉴国画与真迹中墨、颜料、印鉴及宣纸的差异进行综合，把差异小于预设值的作品判定为真，把差异大于预设值的作品判定为假。

8.基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法，其特征在于包括：将待鉴别的国画置于能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置内，且待鉴别的国画位于宽带可控的稳定光源与图像获取系统的CCD之间，待鉴别的国画由透明载体支撑，并同时在该密闭装置内部使用宽带可控的稳定光源照射待鉴别国画，使待鉴别国画每一点上的光照强度大小均匀，且在整个测量光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布；光源发出的光经均匀扩散后照射于待鉴国画上，并在光滤波器的选择作用下使不同光谱范围内的透射光进入CCD中，形成不同波段的光谱图像，通过分析比较待鉴国画与数据库中已存真迹的墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的光谱特征与图像特征，将综合差异小于预设值的待鉴国画认定为真品，而将综合差异大于预设值的作品认定为伪造品。

9.基于光谱成像技术的国画真伪鉴别方法，其特征在于包括：将待鉴别的国画置于能屏蔽外界未知光源且具有均匀漫反射特性的密闭装置内，且待鉴别的国画位于两个图像获取系统之间，待鉴别的国画由透明载体支撑，并同时在该密闭装置内部使用宽带可控的稳定光源照射待鉴别国画，使待鉴别国画每一点上的光照强度大小均匀，且在整个测量光谱范围内都有比较均匀的光谱功率分布；光源发出的光经均匀扩散后照射于待鉴国画上，一部分作为反射光反射进入密闭装置上方图像获取系统的CCD中，而另一部分则穿过待鉴国画成为透射光进入下方图像获取系统的CCD中，实现反射特性与透射特性的同时测量；将反射与透射两种情况下测得的墨、颜料及印泥渗透于宣纸中的光谱特征与图像特征分别与数据库中对应的光谱特征与图像特征进行比较，并将该两种情况中差异较大的差值与预设值相比，若差值大于预设值则判定为假，若小于则判定为真。

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