應用紅外攝影研究木梯寺煙熏壁畫

張 遙, 李 博, 鄭 宇, 馬顯軍, 郭 宏*

1. 北京科技大學科技史與文化遺產研究院，北京 100083 2. 北京國文琰信息技術有限公司，北京 100192 3. 武山縣文體廣電和旅游局，甘肅 天水 741300

引 言

多光譜攝影主要是指在不同波段光源下的一種拍攝方式，光源大體分為紫外光、可見光和紅外光。多光譜成像技術已經應用到航天、天文、遙感、醫療、軍事、刑偵等領域[1]。近年，隨著波段寬度變窄、分辨率變高，這種非介入的調查方法越來越多的應用于文物研究，尤其是在繪畫作品的調查、文物保護檔案的記錄、前人修復工作的評估、文物最初狀態的還原、藝術品真偽的辨別、畫家創作技法演變的研究，甚至是礦物顏料的識別[2]等方面均發揮著重要作用。

光學調查法因無需采樣，以無損、非接觸、不介入等優點越來越受到文物工作者的重視。X光照相攝影、泛光正射攝影、側光正射攝影、紅外成像、紫外熒光成像技術等已進入實際應用環節[3]。

在揭示文物畫面隱藏信息研究中，紅外攝影技術憑借易操作、周期短、效果好、成本低等優勢被使用。

在拜占庭Protaton教堂壁畫的研究中，Daniilia等[4]使用紅外攝影技術對繪畫技法、畫面內容進行了分析和記錄，詮釋受損狀態及后期干預的壁畫狀況。Kamal等[5]對兩幅拉丁美洲危地拉馬瑪雅文明晚期(AD600～800)壁畫進行了分析，觀測到諸多可見光下無法識別的細節。鶴林寺金堂中，嚴重煙熏柱子也通過此項技術識別了畫像[6]。胡可佳等對陜西安康紫陽北五省會館壁畫做了紅外攝影調查，與可見光拍攝進行對比，探尋壁畫繪制起稿線、筆觸、號色標注等信息。柴勃隆[1]利用紅外攝影識別出莫高窟275窟南壁繪畫線條。在韓休墓壁畫中，許文忠等(見本刊37卷10期3235頁)利用紅外攝影觀察出兒童更改為胡人的細節，同時增強毛毯邊緣紋理，進一步推動壁畫細節的研究工作。

由于壁畫多保存于開放的石窟或寺院，自然環境和人為因素對壁畫表面造成影響，尤其是污染和材料變質導致字跡和線條不清，無法識別，常常給研究工作帶來困難[7]。紅外攝影技術在具有影響力的大型佛教石窟壁畫研究中有所應用，但在中小型石窟壁畫研究中卻極為少見。這與中小型石窟地理位置偏遠、文化遺存較少、歷史文獻缺乏、佛教石窟學術研究薄弱等因素有關。但作為我國佛教石窟不可或缺的一部分，如何使用高效、便捷的方法研究壁畫將成為石窟壁畫研究的另一重要內容。以甘肅隴東南的小型石窟代表木梯寺石窟為研究對象，對壁畫進行紅外攝影數據采集，輸出成果用于揭示煙熏下壁畫隱藏信息，以達到恢復壁畫畫面、探討壁畫創作意圖、佐證石窟開鑿年代的目的。

1 紅外攝影

紅外攝影技術是利用光譜范圍780～3 000 nm之間的紅外光和物質相互作用所產生的反射、折射、透射以及物體本身所發射的紅外熒光攝影成像的[8]。

在可見光下，字跡或線條與周邊物質具有相同的反射或透射率，人眼無法區分。有些繪畫顏料對紅外光有較高的吸收性，例如普魯士蘭、石青、炭黑、墨汁等，它們在紅外光源的照射下，與具有較強紅外反射性的物質形成反差，從而同周圍物質區分出來[7]。利用紅外攝影可以穿透物質表面而獲得表層以下清晰影像的特性，可對壁畫浮塵下面及肉眼無法辨識的壁畫內容進行探測與研究[1]，同時用于研究可見光下觀察不到的隱藏信息，例如覆蓋層底下的畫面、底稿或重描的線條[8]，甚至是損壞、剝落、修復、繪制變更等歷史信息[9]。

紅外攝影技術可揭示出壁畫被煙熏遮蓋畫面和顏料層下底稿信息。應用此技術調查和研究甘肅木梯寺石窟煙熏壁畫。

木梯寺石窟位于甘肅省天水市武山縣，龕窟分布于桐樹灣和松樹灣。具體建造年代無籍可考，根據近年發掘出土的明代重建寺序(木牌)，木梯寺石窟開鑿于北魏[10]，現能查找到年代最為久遠的遺物為唐代的14號大佛窟?，F存龕窟20個，各類造像70尊，壁畫約130 m2。壁畫主要分布在1號、5號、7號、13號窟，尤以1號窟(稱朝陽洞或接引佛洞)、13號窟(玉皇閣)壁畫最為精美。但這些壁畫因宗教活動，表面煙熏嚴重，畫面不清，不利于文物價值的揭示。

2 煙熏壁畫紅外攝影調查與研究

選取朝陽洞北壁壁畫和玉皇閣西壁壁畫為對象，進行紅外攝影數據采集。

主要設備有：型號為EOS 60D的佳能數碼照相機，配備定焦78 mm F3.8鏡頭，固定數碼相機所用的三腳架或升降作業平臺；獵蹤專業紅紫外光源，發光波長為400～1 100 nm；成像窄帶850 nm濾光片。

將光源置于相機兩側等距離垂直于鏡頭，保證光線均勻。因紅外光波長和可見光波長不同，兩者焦點不在同一平面上，故而確定取景范圍后，需手動調節焦環，反復對焦，直至光照范圍內客體表面清晰地呈現在顯示屏幕上。根據現場環境進行設置，拍攝參數：相機調至“C”的拍攝模式下，光圈f/5.6，曝光時間1/15 s，拍攝距離約0.8 m。

2.1 壁畫畫面調查

由于長期的宗教活動，朝陽洞北壁壁畫煙熏嚴重，病害覆蓋面積超過60%，厚度達25 μm，壁畫畫面內容已無法識別。根據文獻可知，朝陽洞窟東、西壁壁畫均為清代繪制，各繪制2天王1力士。北壁壁畫分為上下層，上層為清代繪制，內容為藤草紋和火焰紋組成的背光圖案，部分脫落，目前殘存云紋；下層壁畫為明代繪制，兩端各繪制一身菩薩像[10]。

圖1 朝陽洞北壁煙熏壁畫現狀圖Fig.1 Status of sooty murals on the north wall of Chaoyang cave

在肉眼不可識別的情況下，使用KEYENCE VHX-5000顯微鏡原位觀察北壁畫面，如圖2所示。

圖2 煙熏壁畫顯微鏡觀察Fig.2 Microscopic observation of sooty murals(a)：High-resolution photo; (b)：Microphotograph

由于煙熏長時間積累，厚度較大，顯微鏡放大20倍后，壁畫畫面仍不可識別，僅見煙熏表面。使用紅外攝影對煙熏嚴重菩薩像的腹部、足部進行拍攝，獲取壁畫信息，如圖3所示。

圖3 朝陽洞北壁壁畫菩薩像局部Fig.3 Part of the Bodhisattva on the north wall of Chaoyang Cave

可見光下菩薩像腹部為黑褐色，無線條和紋飾；紅外光下腹部可見服飾褶皺，左手腕處的手鐲輪廓也清晰可見。菩薩像原為赤足踩蓮設計，由于煙熏污染，足部輪廓被覆蓋，紅外光照片中觀察，足部線條繪制流暢、清晰。

受作業空間限制，無法直接拍攝菩薩全身紅外照片。應用激光打線器將畫面劃分成大小一致的區域，在保證拍攝距離一定的條件下，升降作業平臺，獲取紅外光照片，并按順序拍攝每一個區塊，保證相鄰影像間80%左右的重疊度，拼接后獲得菩薩全身像紅外光照片，如圖4所示。

圖4 朝陽洞北壁下層壁畫菩薩像Fig.4 The Bodhisattva of lower layer on the north wall of Chaoyang Cave(a)：Visible image; (b)：Infrared image

由圖4可知，菩薩下著裳裙、外披飄帶；面朝大門方向，雙手佩戴手環并結印，赤足站于蓮葉之上，身長五頭半，比例協調，造型勻稱。頸部佩戴瓔珞，圓形佛頭光，面相豐滿，衣褶層疊，造像端莊雍容，華而不媚。

該處菩薩像為先繪制主體，填色完成后，添加飄帶點綴，在其面部、胸部、手腕等處有所遮蓋。飄帶覆蓋區域顏料層較厚，煙熏嚴重。利用紅外光拍攝后，獲取了壁畫的底稿，但遮擋部分仍未可知。將圖片導入軟件中，在“色彩范圍”中提取飄帶色彩，自動選取畫面中飄帶范圍，調整色彩容差值和色階，直至畫面清晰。

圖5 朝陽洞北壁下層壁畫菩薩像色彩容差處理圖Fig.5 The Bodhisattva of lower layer on the north wall

唇部、鼻部、下頜輪廓基本清晰，面部輪廓完整；原本被飄帶覆蓋的左胸掛件也可觀察到，與右胸掛件形狀一致；左手掌心、右手手腕處也清晰可見，恢復菩薩像原本形態面貌。

2.2 壁畫底稿調查

玉皇閣內存3幅壁畫，明代繪制[10]。北壁壁畫繪制花卉屏風；東西兩壁各繪制2身手持兵刃、身著長袍的道教護法神?？邇葻熝廴鞠鄬^少，壁畫多存有積塵、蜘蛛網，畫面基本可識?？梢姽庹掌瑢Ρ诋嬵伭蠈颖砻嫘畔⑦M行記錄，繪制工藝僅停留在可觀察到的表層圖案上。對于原有繪制內容無法直觀、清晰再現，壁畫繪制技法也不能進行深層次地分析。

對玉皇閣前殿壁畫進行紅外線拍攝，探索顏料層下壁畫繪制底稿或初期形態。發現西壁男女護法神面部底稿與顏料層表面有所差異，如圖6、圖7所示。

圖6 玉皇閣西壁壁畫男護法神Fig.6 The male deity on the west wall of Yuhuang Cave(a)：Visible image; (b)：Infrared image

圖6的可見光照片中護法神眉毛成弧形，嚴肅的神情中帶有慈愛的目光。紅外照片中男護法神眉毛最初設計為射線狀，說明在壁畫繪制之處，原定是將護法神刻畫為兇狠、威嚴、嚴肅的形象，反映了壁畫繪制過程中創作意圖的改變。

圖7 玉皇閣西壁壁畫女護法神Fig.7 The famle deity on the west wall of Yuhuang Cave(a)：Visible image; (b)：Infrared image

另外，女像的頭部也有更改。圖7中可見光照片女像發束高高梳起，額頭部位為圓弧形狀、光潔圓潤，塑像面部慈愛、柔美、莊重。觀察紅外照片卻發現女像的頭部原定為銅錢頭，又稱額妝。

額妝出自昆曲，現在京劇、評劇等許多地方戲曲也一直沿用。古代女子出門不便，戲劇扮演的女角由男子完成。男子串戲時，因臉型棱角分明，過于硬朗，為修飾臉型而畫銅錢頭。額妝通常要求面部勾畫濃妝，造型比較夸張，形象多過于嫵媚?？梢?，銅錢頭與寺院莊重、寧靜、淡泊的氛圍并不相符合，所以后期上色的時候，畫師更改了原本設定。值得注意的是，銅錢頭從明代開始流行于世，也從側面證實玉皇閣的修建年代為明。這與殿內一處梁記相符合，此處題記記載明崇禎六年(公元1663年)建玉皇閣之事[10]。

古代壁畫是我國宗教傳播、美術史、科技史等方面研究的重要實物資料。壁畫是一種各類素材相互重疊而成的多層結構體，各層之間相互作用、相互影響。建立健全壁畫文圖檔案、深入挖掘文物信息是壁畫研究的前提。在學術研究、保存修復前，應盡量采用非破壞性的方法詳細地掌握文物現狀及歷史信息。紅外攝影是文物信息采集、記錄中較為高效、安全、實用的技術。通過對木梯寺壁畫的調查研究可知，紅外攝影可以幫助識別污染物下的壁畫畫面，可為后期壁畫保護修復提供依據；此外，紅外攝影可獲得壁畫顏料層下底稿墨線及其修改痕跡，可用于壁畫原始繪畫內容、風格、技法的研究。綜合當時文化背景，佐證了玉皇閣的開窟年代為明代，為研究明代隴東南地區石窟藝術提供素材。這一技術的引用，有效擴展了學者對壁畫內容的認識范圍，極大豐富了對壁畫內容研究的資料。

3 結 論

(1)應用紅外攝影技術可有效調查和研究煙熏壁畫的內容、風格、繪畫技法。

(2)紅外攝影應用于木梯寺煙熏壁畫的調查，清晰地顯示出被煙熏覆蓋的畫面內容、壁畫底稿以及繪制時修改的痕跡，此信息有助于研究壁畫的繪畫風格、創作意圖，并為繪畫時代判定提供依據。

(3)將紅外攝影所獲取的圖片置于分析軟件中，通過調整色彩容差、色階來處理照片隱藏信息，獲得更加細致和清晰的畫面圖像。通過分幅拍攝和拼接的方法，可揭示整幅壁畫被覆蓋和隱藏內容。

(4)紅外攝影作為無損分析技術，是一種用于調查和研究煙熏壁畫行之有效的方法，可作為研究古代壁畫便捷、經濟、直觀的拓展技術。

(5)紅外攝影可憑借其自身技術優勢在我國中小型石窟壁畫研究中有效克服人員少、經費少、周期短等困難，進而廣泛使用，促進中國石窟寺及文化傳播研究。

致謝：在使用紅外攝影技術研究木梯寺石窟煙熏壁畫時，得到了武山縣文體廣電和旅游局、木梯寺文物保護管理所、北京國文琰信息技術有限公司木梯寺數字化勘察測繪項目組的大力支持與指導，在此表示衷心感謝。