如何数码化达芬奇名画：翻拍12平米的油画需13万瓦特的光

【编者按】

在被认为15世纪达芬奇的作品之前，《美丽公主》这幅画一直以《穿文艺复兴时装的19世纪德国少女的肖像》为题出售。牛津大学艺术史教授马丁·坎普是达芬奇研究专家，也是最早宣称《美丽公主》是达芬奇作品的专业人士之一。据他推测，画中的模特是米兰公爵鲁多维科斯佛尔扎的私生女，于是他重新命名这幅作品为《La Bella Principessa》，即《美丽公主》。

《美丽公主》经受了来自多角度、多方位的物理及各种科技方法的检验，包括对画框的碳14测年及其创作和传世过程中方方面面的各种分析——《美丽公主：达·芬奇“新作”鉴定记》（三联书店，2015年10月）一书，详细记录了这段传奇的鉴定过程。

澎湃新闻经出版方授权刊发《美丽公主》中《物理与科技证明》章节的内容，它向我们展示了，科学和艺术如何以从前时代未能做到的方法互相推动。

我们如今称之为《美丽公主》的这幅画像的主人将其带到流明科技公司进行扫描，利用我们发明的多谱图像系统—这种照相系统制作出一系列空前高分辨率和色彩精度的数码图像，每张都有不同的谱带（波段）。当时，我们知道的全部信息就是，这幅画被当作19世纪一位不知名的德国画家的作品而成交。虽然完全没有意识到它有可能出自达·芬奇之手，但还是让我们一下子就想到，曾经对达·芬奇的《蒙娜丽莎》和《抱银貂的女子》 两幅画作进行复杂技术分析时使用的某些方法，也会同样适用于这幅作品。

流明多谱照相系统

流明科技公司自1998年始，致力于开发照相技术，以求将档案材料进行数字化，当时公司有两项将大版本文档进行数字化的高分辨率装置的专利，注册了第一种。早期多谱成像系统的主要技术挑战并非来自照相机本身，而是其要求的照明方式。按照以前的产品要求，这类照相机需要的照明水平通常都无法用于这种尺寸且如此脆弱的二维艺术作品。例如，要用传统手段给一幅4米×3米（12平方米）的油画照明，就要求130000瓦特的光照强度！流明科技这一专利系统使用的照明仪器仅专注于需要捕获图像的部分，不必全面照明，从而解决了这个问题。使用这一系统只需要2400瓦特的强度，画像只吸收很少的光能（实际上少于50勒克斯/小时［lux/hour］，这是绘画展览中所能够接受的光照水平）。

2000年4月，欧洲资助的CRISATEL计划批准将我们的多谱相机和照明系统用于绘画遗产的存档与数字化。在2004年10月和2006年9月相继将《蒙娜丽莎》（参见图2）和《西西莉亚·加勒兰妮》两幅画作进行数字化的同时，我们开始建立自己的照相机系统。此后就在世界范围内用于各类公立和私人收藏，包括阿姆斯特丹的梵高博物馆（Van Gogh Museum in Amsterdam）、奥特洛的克勒勒-米勒博物馆（Kroller-Muller Museum in Otterlo）、里尔的艺术博物馆（Musée des Beaux-Arts de Lille）、芝加哥艺术博物馆（Art Institute of Chicago）、克里夫兰艺术博物馆（Cleveland Museum of Art），以及克拉科夫的恰尔托雷斯基博物馆（Czartoryski Museum in Kraków）。

多谱成像的工作原理

色彩是光线（例如电磁射线）被物体表面吸收、反射或折射的结果而形成的视觉现象。由于每一处光源散发出的射线数量各不相同，被感知到的颜色也就各不相同。例如，一件物体在阳光下、白炽灯下或日光灯下，会分别呈现不同的颜色。没有“一个”色阶，只有一片无穷尽的色域。

就一幅油画或者素描来说，要理解并记录这一现象，我们需要重建构成绘画表面颜料混合物的光谱反射系数曲线。这就恰好是多谱相机使用十三种不同滤色镜测量画面上不同涂层反射光的过程。这时就要一一处理相当于两亿四千万个像素点的光谱反射数据，无论在何种照明之下，我们都能够非常精确地计算出每一种颜色会如何被肉眼感知。于是就可以针对画作在任何光线条件下的视觉效果进行数字化模拟。

这一技术是摄影史上的一次革命，因为它解决了一个已经折磨业内人士一个多世纪的难题：是要准确的（accurate）颜色？还是要真实的（true）颜色？每一个像素点，我们现在都有了一个精确的科学测量。在传统的摄影（不管是数码还是溴化银胶片）中，颜色数据都要受到两种因素的制约：首先，是常规用来记录影像的RGB（red-green-blue，红绿蓝）原色系统，以及使用的光源 。一个纽约的摄影师得不到与其同行在马德里或巴黎所得到的相同的光；因此从科学的角度讲，他们的摄影不具可比性。

多谱扫描和分析的优势并未止步于此：这一系统还使我们得以检测到作品中肉眼所不能见的层面。画表在电磁波的两端：近紫外（NUV）光（因波长太短而肉眼不可见）和近红外（NIR）光（波长长于其他可视光）下接受扫描，而且扫描的是三层而非一层。在每种情况下，我们都保持同样的清晰度，为艺术作品提供附加信息。在宽波段上的光谱重建使得颜料和混合色料能够在不受损害的情况下被分辨出来（例如不需要取样）。

最后，由于流明科技的多谱相机与一项创新的采光系统同步进行—这种系统通过椭球面镜将光源集中起来，呈线形放射扫描画表，于是，得以保持了照明空间的同一性，使得作品仅仅曝露在最小限度的光线总量之下。

《美丽公主》的数字化

让我们来看一下这种多谱技术如何应用于一件艺术作品的数字化，特别是针对《美丽公主》这幅画像。

画像以1008dpi（每英寸像素）的分辨率被数字化，达到每平方毫米1570个像素点的超清晰度！作为对照可以了解一下，一台常规的专业相机，根据型号不同，可以记录每平方毫米面积上不超过100个像素点。我们所获图像的每一个像素点仅有25微米。这一分辨率达到的新高度，使得最轻微的差别和最微小的细节——最纤细或最深层的裂纹，粉笔或铅笔留下的颗粒状表面介质，甚至指纹——都纤毫毕现。其深入画表超过2毫米。

一次完整的扫描仅持续一个小时，作品的测量结果被捕捉在十三条光谱带上（图40），其间多谱相机记录并产生大约24Gb的数据资料：

《美丽公主》的十三张多谱图像，以及两张重新构拟的红外线和正常光源下的扫描图。

（1）一幅图像在近紫外光（波长范围380—420纳米）下

（2）九幅图像在可视光（440—760纳米，增量为40纳米）下

（3）三幅图像在近红外光（分别为800、900和1000纳米，增量为100纳米）下

（4）一幅侧光下的红外图像

（5）一幅侧光下的全色片

从这些数据中，通常可以进一步得到十张电脑自动生成的图像（图41），其特性将在后文介绍。其中包括：

（6）一幅伪彩色红外图（扩展到1050纳米波长的“I型”）

（7）一幅侧光下的伪彩色红外图（“I型”）

（8）一幅伪彩色反色红外图（使用蓝色滤镜的“Ⅱ型”/IR［红外光］ 1050纳米）

（9）一幅红外射线图

（10）一幅日常光源下的真彩图（D65: 日光阴影下6500°Ｋ）

（11）一幅侧光下的D65真彩图

（12）一幅模拟作品去除光泽面后的图像（不适用于《美丽公主》）

（13）一幅修复路径图

多谱图像系统软件进一步生成的十张《美丽公主》图像

把这两套数据合成到一起，一幅完整崭新的数码图像就构拟出来了，分辨率达到240000000个真实像素点并覆盖全部光谱，一言以蔽之，就多谱图像系统软件进一步生成的十张《美丽公主》图像是达到了光学物理所能达到的极限。

美丽公主：达·芬奇“新作”鉴定记

作者: [英] 马丁·坎普 （Martin Kemp） / [法] 帕斯卡·柯特 （Pascal Cotte）

出版社: 生活·读书·新知三联书店

译者: 王艺

出版年: 2015年10月

页数: 211

定价: 55.00元