超景深光学显微系统在文博领域的应用现状和展望

滕昭玉

（贵州省博物馆，贵州 贵阳 550001）

近年来，国家对文博事业的投入力度日趋加大，同时相关技术迅猛发展，先进的分析技术和方法在文博领域的应用愈加广泛，各类分析检测设备的运用推动了文物保护修复及其相关研究工作朝着科学化、规范化、精细化方向发展。文博领域涵盖考古、博物馆、文物保护及文物利用等多方面，是集中管理和利用国家文化遗产的重要领域，其以文化遗产为核心，涉及国家和民族的文化与尊严，核心问题是保护[1]。据报道，我国调查登记的不可移动文物共有76．7万处[2]，第一次全国可移动文物普查显示，全国国有可移动文物逾1．08亿件（套）。文物资源承载着珍贵的历史信息，是中华文明的亲历者、见证者和幸存者，因此文物的保护与传承、活化与利用在文旅融合的时代背景下显得尤为重要。

显微镜自发明以来主要被用于放大观察肉眼无法直接看到的细微结构或微生物等，其在生物学、医学、材料学等方面得到了广泛应用。随着光电技术、计算机技术和图像处理技术的发展，显微观察技术得以不断提高，新的显微观察设备不断涌现。作为新型的实时大景深观察显微镜，超景深光学显微系统在文博领域的遗存发掘与保护中得到了广泛应用，在显微观察、显微测量、显微拍摄等方面发挥了重要的作用，并已成为文博领域中应用非常广泛的现代科技手段之一。本文主要介绍超景深光学显微系统在文博领域的应用。

1 超景深光学显微系统简介

超景深光学显微系统是精密的光学仪器，它将光学显微镜技术、光电转换技术、数字转换技术、图像显示与处理技术等结合在一起，在观察物体时可对其进行局部放大、拍摄及测量等，打破了传统光学显微镜的景深限制。使用超景深光学显微系统除可以观察薄而透明的材料外，还可以观察表面起伏的不透明样品，同时将高质量的图像实时呈现在显示器屏幕上，弥补了传统光学显微镜只能通过目镜观察的短板。

1.1 超景深光学显微系统的工作原理

利用超景深光学显微系统观察物品表面时，在照明光源的作用下，物品表面反射的光线通过光学显微系统的内置镜头被感光传感器（电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体）采集，将光学信号转换为电信号，再通过数字转换器将电信号转换为数字信号，最后通过数字信号处理器的处理，将图像呈现在显示器上。

1.2 超景深光学显微系统的优越性

1）超景深光学显微系统是无损的表面观察分析方法，适用于所有材质物体的表面显微观察分析，具有操作简单、放大倍率高、图像清晰的优点。通过倾斜镜头支架、电动调控载物台、手持镜头等方式可实现对物体表面全方位、多角度的实时景深观察，并可对其进行分析、拍摄和测量等。

2）景深是评价显微镜性能优劣的一个重要指标，景深小则无法观察表面凹凸不平的样品。使用超景深光学显微系统可以实时原位在线超大景深观察表面凹凸不平的样品，看到其深层次的图像，实现了大景深与高分辨率的兼顾[3]。

3）超景深光学显微系统是将图像呈现在显示器上，而不是像传统的显微镜通过目镜观察，这样使操作过程灵活自如，同时可以多人观察、讨论，提高了工作效率。

4）超景深光学显微系统集大景深体视显微镜、工具显微镜、金相显微镜等于一体，除了可以对样品进行显微观察、照片拍摄、二维分析和三维测量外，还可以对样品进行自动拼接，同时实现多台仪器设备的功能。

2 超景深光学显微系统在文博领域的应用

在文博领域，超景深光学显微系统的应用主要集中在文物表面及剖面的观察、显微照片拍摄、尺寸数据测量等方面，进而可以对比、推断文物当时的制作工艺等。随着文博领域相关技术研究的不断深入，超景深光学显微系统在文物保护修复和相关技术研究等方面也发挥了重要作用。

2.1 文物表面显微形貌观察

文物表面显微观察主要是针对文物表面的文字、纹饰及附着物质的颜色和形状、疏密程度、凹凸性、瑕疵、裂隙、分布均匀性以及不当修复痕迹等进行观察。超景深光学显微系统在还原文物表面的显微原貌和色彩方面具有优越的性能。

由于壁画体积较大，病害种类多样，很多病害人们无法通过肉眼直接发现。马艺蓉[4]以《男装幞头捧盒仕女图》壁画的保护修复为例，采用超景深显微镜等对画面眩光处和画框边缘壁画残块进行了显微观察分析，发现眩光产生的原因是白灰层表面覆盖着透明发亮的膜状物质，壁画残块的表面可见盐性结晶物质析出，不仅说明壁画曾被人为添加过表面涂层，还可以解释壁画产生酥碱病害是盐害所致，这为制定科学的保护修复方案提供了帮助。

2.2 照片拍摄及分析

在文物表面显微观察过程中，超景深光学显微系统除可以在固定倍率下观察外，还可以进行景深合成，从而显示清晰的图像。在照片拍摄和保存过程中，超景深光学显微系统可以将观察条件等信息同时保存，通过内置软件实现二维（长度、宽度、角度、直径、面积等）尺寸测量和三维测量等。

石磐一直被视为重要的礼仪乐器，是权力的象征。许卫红等[5]对石磐残段的股博、股、旁等部位进行了超景深显微观察和测量，发现股博存在方向一致、粗细不同的白色划痕，划痕宽度最窄处约为68.867μm；旁部可见纵、横向划痕，其中一面有明显的集中凹陷，最大凹陷处的周长约5.502 mm，面积为2.078 mm2，为解释石磐为实用器而非冥器提供了佐证。

2.3 制作工艺研究

文物具有多元的证史价值，除可以反映特定社会背景下的社会风气、社会习俗和历史文化外，通过观察、分析文物的制作工艺还可以推断当时的制作工艺水平和工艺发展演变过程等。例如刘珺等[6]利用超景深显微系统等设备对西亚斯东周墓地出土的部分玉器的纹饰、钻孔等微痕特征进行了观察分析，研究了其制作工艺。玉器表面纹饰微痕特征表明，玉器表面纹饰主要采用阴刻工艺，钻孔工艺和钻孔方式多样，不同材料属性的玉器采用了不同的加工工艺，揭示了玉器加工工艺与材料属性和器型之间存在一定的联系。

2.4 文物保护修复研究

文物保护修复方法的研究离不开显微观察，通过显微观察可以评价文物保护修复方法、手段、技术的可行性，从而为文物保护技术、方法、材料选择等提供科学依据。例如，易溶盐的反复结晶过程所产生的体积变化是导致土遗址表面迹象破坏的主要原因，张晓英等[7]采用重塑土样进行梯度模拟实验，利用超景深显微镜测定经气候老化箱老化后的盐胀面积，以此判断土样的破坏程度，结果表明含盐量超过0.1%时盐胀面积会出现突增。可见，超景深的运用丰富了土遗址病害的评估方法。

3 超景深光学显微系统在文博领域应用存在的问题

从前文所述超景深光学显微系统在文博领域的应用可知，该技术几乎涵盖了文物保护修复及其相关技术研究的方方面面，但在数据库配套、照明安全性能等方面有待进一步完善和提高。

3.1 亟待建立配套的数据库资源

目前，超景深光学显微系统的应用报道涵盖了壁画[4]、金属器[8]、陶瓷器[9]、竹木器[10]、纺织品[11]、纸质文物[12]等领域，其应用方式集中于微观形貌的观察，尚未见到超景深光学显微系统在金属器的金相观察及金相组织辨别、纺织品和纸质文物的纤维种类观察及辨别方面的文献报道。由于金相组织结构多样，构成纺织品和纸质文物的材质繁多且纤维结构不同等因素，配套的金相图谱数据库、植物纤维图谱数据库等数据库资源还比较欠缺。可以探索建立金相图谱数据库、植物纤维图谱数据库等相关的数据库，以便在金相组织结构观察、纤维种类观察过程中与数据库智能匹配，缩短分析时间。

3.2 照明安全性能亟待提升

为了满足观察不同物体的需要，超景深光学显微系统的照明光源有金属卤素光源和高亮度、高色温LED白光照明等，其中白光照明条件下所拍摄的图像还原性较好，应用最为广泛。但是根据文物保护的相关要求，对光特别敏感的展品其照度标准值不能超过50 lx[13]，因此一方面需要提高显微观察效率，缩短照射时间，一方面需要在技术层面对照明系统进行优化。

3.3 无法满足小腔体文物的观察需求

虽然超景深光学显微系统具备手持观察的便携性能，但是由于变焦镜头较大，无法满足观察小型文物内部腔体的要求。

4 超景深光学显微系统在文博领域的应用展望

超景深光学显微系统在文物病害观察及分析、制作工艺观察及研究、显微测量等方面发挥了重要作用，未来将会在病虫害现状调查、文物鉴定等方面得到更为广泛的应用。

4.1 文物病虫害调查

在众多类型文物藏品中，纺织品、纸张以及竹木器等有机质类文物很容易受到霉菌、昆虫和鼠类的破坏，尤其是在发生霉菌、昆虫破坏等病害的初期很难被发现。已有文献报道显微镜可以对霉菌的形态、昆虫结构等进行观察等[14-15]，但目前尚未发现超景深光学显微系统在文博领域的霉菌、虫害调查中的应用报道。随着预防性保护理念的不断深入，超景深光学显微系统未来在文物的霉变、虫害和病害调查及评估、文物病害机理分析、文物健康评估等方面必将发挥重要作用。

4.2 文物鉴定

为了充实馆藏，丰富藏品种类，深化展览内涵，文博单位会面向社会征集相关文物。以往的文物征集和鉴定基本是利用考古和实践经验通过目测、手摸等手段进行，超景深光学显微系统的应用可以辅助文物鉴定，通过显微观察分析对制作工艺、器物表面状态等进行无损的科学分析和鉴定。

5 结束语

党的十九大报告提出要加强文物保护利用和文化遗产保护传承，这是文博事业的任务和使命。超景深光学显微系统将会在文博领域的预防性保护、保护修复、文物鉴定等方面发挥重要作用。