书画文物的高保真数字翻拍技术(上)

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  杭州曾为南宋都城,宋史专家认为:两宋时期的物质和精神文明所达到的高度,在中国整个封建社会历史时期,可以说是空前绝后的。悠久灿烂的历史文化给我们遗留了不少文物,而这些弥足珍贵的文物大多数都收藏在博物馆里。例如,始建于1929年的浙江省博物馆,是集收藏、陈列、研究于一体的综合性人文科学博物馆,馆藏文物达十万余件,藏品丰富,特色鲜明,享誉海内外。
  采用数字翻拍复制技术对博物馆珍贵书画文物藏品进行数字化高保真复制和展示,延长了文物的保存期限,提升了展览运营质量,改善了观众参与体验,能更好地适应社会发展需求,提升公共服务能力。传统实体博物馆因观念、技术、场地、展陈能力限制,所展示的文物信息量往往不足,在时间、空间、展示形式上也有诸多局限,数字化技术在一定程度上打开了博物馆的围墙、延展了展示的边际,能更好地帮助观众理解藏品的深层含义,探寻物与人之关联,探寻过去、当下和未来之关联。漫长的历史岁月,为我们创造了辉煌的物质文明,传下了可歌可泣的精神力量。我们有责任和义务对这些珍贵的文物进行数字化的复制保存,使之成为弘扬民族精神、保护历史、还原历史、呵护家园的一种有效方法。
  事实上,国内外的博物馆均面临诸多保存的难题以及庞大的财政负担,数字化技术的发展或许能为博物馆的未来提供新的解决方案,包括谷歌在内的互联网公司一直致力打造“数字化博物馆”计划。目前,世界上越来越多的博物馆加入了“CCO无权利保留协议”(Creative Commons Zero),这个协议纳入的世界顶级艺术品的在线高清大图都能够免费下载,人们可以自用,也可以商用。荷兰国立博物馆(Rijks museum)最早免费开放了100万件藏品中60万件藏品的高清数字版权。英国的大英博物馆也在3D建模网站Sketchfab上发布了237件藏品的3D模型作品(配戴VR眼睛观看效果更佳),让人们足不出户就可以近距离“触摸”到这些瑰宝。


  我们国家对博物馆丰富的文物藏品的保存与开放一直保持积极的态度。目前,对博物馆的书画文物进行数字化复制的最佳效果是采用德国博物馆级的CRUSE扫描机扫描获得数字化影像信息(图1)。CRUSE扫描机使用专用红外及紫外线过滤装置或专用LED光源,可达到真正的无损扫描。可是CRUSE扫描机适合扫描平面可移动的文物藏品,其最大扫描尺寸是4m×7m(图2),只适合在室内工作,不适合移动工作。此外,由于CRUSE扫描机价格昂贵,目前除国家图书馆、国家博物馆等少数单位拥有该设备外,一般的中小型博物馆均无此设备,如浙江博物馆也没有配备CRUSE扫描机,一些珍贵的书画文物藏品的数字化复制都是委托第三方采用CRUSE扫描机完成的。
  为此,是否可以采用数码照相机的翻拍技术来对超出扫描仪幅面以及一些移动不便的文物藏品进行数字化的翻拍复制保存,达到博物馆收藏级别的数字化影像信息呢?甚至一些立体的文物,诸如:油画、瓷器、雕塑、木制品等等也通过翻拍实现数字化转化,进而与VR等技术进一步结合。答案是肯定的。
  我们首先来分析一下传统的翻拍技术具有哪些特点?对博物馆珍贵书画文物藏品原作的变形、色彩、影调和反差等指标能否实现近乎100%的高保真复制?能否解决存在的问题?




  我们知道,传统的摄影翻拍是一项比较成熟的技术。首先,它通过镜头的选择和采用翻拍台来保证照相机的视点处于被摄物的中心并与被摄平面垂直来保证翻拍的影像不变形、不畸变,见图3;其次,它通过采用面光源从两侧30°~45℃角的照射来保证光线的均匀性,以避免反光进入照相机镜头影响翻拍效果,见图4;再次,对于彩色书画物品的翻拍的颜色还原,传统的翻拍技术主要是通过采用标准色温的光源或者通过雷登系列的色温校正滤色镜来保证。尽管已经充分考虑了变形、成像均匀性和色彩还原等几个方面,但若将传统的摄影翻拍技术与博物馆级的CRUSE扫描方法进行比较就会发现:两者在复制的精度上存在差距,翻拍时的要求更多的是体现在定性,而扫描则体现在定量的控制,所以能够达到近乎100%的还原。
  事实上,数字翻拍在现阶段仍有大量的应用场景,我们完全可以借助数字化的精确性和可重复性,在传统翻拍复制的基础上引入数字控制技术,使得数码翻拍达到近乎100%的高保真复制,达到甚至超过博物馆级的CRUSE扫描机的扫描效果。比如,中国印刷科学技术研究院近年研制出的(CAPT)KY-FP-700A型翻拍仪,就是由故宫博物院根据日常文物影像采集工作需求,委托中国印刷科学技术研究院研发、设计、制造的文物影像采集专业设备,见图5。


  下面我们就变形、影调反差和色彩等利用后期的软件处理控制方面的内容加以具体的分析。
  1变形的校正与翻拍比例的精确控制
  数码翻拍在拍摄时,首先要采用专用的、良好校正变形的、焦距大于等于标准镜头焦距的定焦镜头,如:50mm的标准镜头、90mm的微距镜头,同时确保照相机镜头的軸线与翻拍物件的中心垂直,两侧照射的光源采用带柔光箱的影室灯,影室灯柔光箱的尺寸大于被摄物的尺寸并曝光准确,这样就能获得最佳的翻拍效果。除此之外,还可以利用Photoshop中的功能,进一步校准各种镜头的畸变可能带来的翻拍物件的变形。处理的方法如下:
  ① 在Photoshop软件中打开原图,点击上方窗口的“滤镜/镜头校正”,见图6。
  ② 在打开的图片和对话框中,在自动校正的对话框中选择“相机制造商”、“相机型号”和“镜头型号”后,点击确定,见图7。这一功能能够自动校正镜头的畸变,校正画面的变形。


  若翻拍的物件较大,经过上述的步骤处理后,视觉上画面仍存在较明显的变形,则可以进一步采用如下的步骤进行处理:
  ① 在Photoshop软件中打开图像,按“Ctrl+A”键选定图像,点击选择“编辑/变换/变形”。图像的四边会出现各四个的调整点,见图8;
  ② 再点击“视图/显示/网格”,这时,图片上会显示均匀的横竖线条,见图9;
  ③ 根据需要,用鼠标点击上、下、左、右四条边上的四个点进行调整,直至四边线条笔直,图像的形变就完全校正了,见图10;
  ④ 点击“视图/显示/网格”去除网格,使用裁剪工具将画框裁出,见图11。
  至此,翻拍的变形和画幅尺寸比例的校正就全部完成了。
  (未完待续)

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