科技日報(bào)記者 陳曦 通訊員 劉曉艷
5月29日，記者走進(jìn)由天津大學(xué)智能與計(jì)算學(xué)部馮偉教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜的“館藏文物數(shù)字指紋提取鑒別與身份智能管理關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，只見在實(shí)驗(yàn)室中，一臺顯微探頭相機(jī)在精密的機(jī)器臂操縱下，圍繞著一尊古樸的“青銅鼎”進(jìn)行自動(dòng)定位、精確對焦以及圖像信息采集。旁邊的電腦屏幕上，實(shí)時(shí)展示著相機(jī)捕獲的細(xì)致畫面。最終，一個(gè)比頭發(fā)絲還細(xì)的點(diǎn)位，經(jīng)過上百倍放大，清晰地出現(xiàn)在屏幕上。
在這微觀的世界里，即便是一個(gè)“小點(diǎn)”，也蘊(yùn)含著豐富的信息，可以與先前采集的圖像進(jìn)行詳盡比對。
借助先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)掘出每件文物獨(dú)一無二的微觀特征，進(jìn)而構(gòu)建出文物的數(shù)字指紋（以下簡稱“數(shù)字物紋”），以此實(shí)現(xiàn)文物身份的快速鑒別與確認(rèn)，即快速鑒別“它是它”。這正是擔(dān)任國家文物局“文物本體表面監(jiān)測與分析研究”重點(diǎn)科研基地主任的馮偉所主導(dǎo)的工作。截至目前，該技術(shù)已成功讓湖南博物院（湖南省文物鑒定中心）400件珍貴文物擁有了“數(shù)字物紋”。
文物有了可信可靠的“身份證”
據(jù)介紹，文物身份安全是文物安全不可或缺的一環(huán)。目前，我國已有備案博物館6833家，國有可移動(dòng)文物更是多達(dá)1.08億件（套）。這些館藏文物不僅數(shù)量龐大，而且材質(zhì)和器型種類繁多。
隨著國內(nèi)外文化交流日益頻繁，文物的流通、借調(diào)和展覽已成為常態(tài)。
在過去，博物館文物的保存和展覽過程中，進(jìn)出庫管理主要靠人工標(biāo)記。盡管近年來電子標(biāo)簽的使用，使得文物的進(jìn)出都有了明確記錄，但這些標(biāo)簽可與文物分離，因此仍存在使用高仿贗品進(jìn)行“以假換真”的隱患。這種隱患難以單純依靠人工經(jīng)驗(yàn)來徹底消除。
如何確保“它是它”，已成為國內(nèi)外博物館界共同面臨的難題。
“目前，館藏文物身份安全的主要問題在于缺乏一種無痕、無損、適用面廣且安全可靠的鑒別手段?！瘪T偉教授解釋道，“我們就是要構(gòu)建一個(gè)‘?dāng)?shù)字物紋’庫，為這些珍貴的館藏文物提供更加完備的身份安全保障?！?/p>
為此，包括馮偉教授團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的多家單位，從總體設(shè)計(jì)、技術(shù)突破、裝備研發(fā)和示范驗(yàn)證四個(gè)維度共同進(jìn)行科研攻關(guān)。他們的目標(biāo)是將文物“數(shù)字物紋”這一全新技術(shù)打造成一個(gè)全場景、全周期、全安全級別的館藏文物身份保護(hù)與管理解決方案，同時(shí)建立起相應(yīng)的裝備體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。這一系列舉措預(yù)計(jì)將極大提升我國館藏文物身份安全保護(hù)與管理的水平。
自動(dòng)鑒別“它是它”只需幾分鐘
構(gòu)建“數(shù)字物紋”是一項(xiàng)高度精密且創(chuàng)新的技術(shù)，最核心的技術(shù)環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀連續(xù)尺度的自主原位比對。
以青銅器為例，這一技術(shù)需要從器身上精準(zhǔn)采集特定的點(diǎn)位作為“物紋”信息，且在展覽結(jié)束后，要能準(zhǔn)確找到當(dāng)初采集“物紋”的精確位置，并進(jìn)行自動(dòng)比對鑒別。
由于采集的點(diǎn)位尺寸達(dá)到了10微米級，環(huán)境中光線的細(xì)微變化或點(diǎn)位定位的微小誤差，都可能對采集到的“物紋”圖像信息造成極大的影響，甚至使其變得“面目全非”。
“我們利用立體視覺和人工智能的方法，實(shí)現(xiàn)了對文物在三維空間內(nèi)從宏觀到微觀的六自由度自主定位和識別，而且這一過程無需依賴相機(jī)標(biāo)定?！瘪T偉教授介紹道，“我們還實(shí)現(xiàn)了光照條件的自動(dòng)還原，以及手眼物坐標(biāo)系的快速統(tǒng)一。我們的原型系統(tǒng)能在幾分鐘內(nèi)自動(dòng)判斷一件文物的真實(shí)身份，而且所提取的‘?dāng)?shù)字物紋’在機(jī)理上保證了難以物理偽造。”
值得一提的是，即使文物的原始信息已經(jīng)時(shí)過境遷，拍攝環(huán)境和設(shè)備也無從追溯，馮偉團(tuán)隊(duì)依然能夠通過這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)對原始信息的精確比對。
“最近，我們實(shí)現(xiàn)了對百年前伯希和拍攝的文物照片的原位比對。”馮偉教授介紹，雖然無法得知百年前拍攝時(shí)使用的相機(jī)型號，但通過人工智能技術(shù)，團(tuán)隊(duì)僅使用一張歷史圖像和幾張當(dāng)前觀測圖像，就能自動(dòng)學(xué)習(xí)出一個(gè)虛擬鏡頭，并將其應(yīng)用于現(xiàn)代相機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)與百年前伯希和拍攝照片的測量級原位比對。這可謂是世界上第一次做到讓相機(jī)“穿越”百年。
據(jù)了解，“數(shù)字物紋”技術(shù)將在湖南博物院、杭州市臨平博物館等單位進(jìn)行更大規(guī)模的示范驗(yàn)證。
湖南博物院數(shù)據(jù)中心主任何也表示：“‘?dāng)?shù)字物紋’技術(shù)基于計(jì)算機(jī)視覺原理和人工智能算法，能夠提取文物固有的微觀視覺特性。通過比對前后兩次采集的微觀視覺特性，我們可以實(shí)現(xiàn)高精度判別文物身份。這將為文物出庫、巡展等流轉(zhuǎn)業(yè)務(wù)中的文物身份安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐?！?/p>
