浅谈高光谱在非遗服饰中的应用

刘妍妍,王冰,王硕

山东协和学院 商学院 山东济南 250109

摘要：非遗服饰对于当下的情况来说，它随着现代化社会发展的进程，面临着传承的危机。本文从高光谱扫描技术的特点出发，详细的论述了光谱成像的原理与高光谱适合非遗服饰保护的原因。能够更好的检测、识别目标，介绍了适合用于非遗服饰保护的原因。

关键词：高光谱 非遗 应用

引言

千百年来，文化始终以一种无形的力量深刻地影响着人类的生产生活，成为人民日益增长的美好生活需要的重要内容。而非遗服饰更是其中不可多得的宝贵文化之一，是民族文化的精华、民族智慧的象征，是中华优秀传统文化的重要组成部分。其中服饰的技艺在人类多彩灿烂的文化中更是独树一帜，美轮美奂，具有极高的审美价值、艺术价值、文化价值、社会价值、经济价值、旅游价值等。为了寻求更好保护非遗服饰的方法，我们将目光放在了高光谱成像技术上，通过提取服饰中特殊的元素、技法等，使非遗服饰再次回到人们的视野中。

一、光谱成像数据检测应用分析

光谱成像技术结合了成像技术与光谱技术，既能获取2D空间信息又能获取1D光谱信息，基于这种3D光谱数据立方体，能够检测、识别出各种传统成像技术难以探测识别的目标，光谱成像数据比灰度图像和彩色图像具有更优异的目标区分能力的原因，介绍了光谱成像技术在非遗服饰中的应用方法。

（一） 三维数据

高光谱成像设备能同时获取二维空间信息和一维光谱信息，获取的数据称作光谱数据立方体，如图 1所示。。成像光谱数据立方体是一个三维矩阵，图像的高度为 H，图像的宽度为 W，光谱波段数为 L，图像的像素数 P = H × W 。如果在空间上取出一个像素，以波长为横轴，像素每个波长处的反射率为纵轴，将得到像素地面分辨率范围内材质的平均光谱。如果在相同的窄带波长处选取所有的像素，并按照其空间坐标位置作图，将得到窄带波长处反射率场景灰度图。

光谱数据立方体可以用三维矩阵描述，为了便于数据处理，将三维矩阵整合成二维矩阵，用数据矩阵X 表示为

（二） 区分能力

宽波段成像系统，如灰度相机获取的是波段范围内的积分值，每个像素由一个数值构成，当两个不同非遗服饰中的元素宽波段响应积分相等时，灰度图像将无法区分这两个非遗服饰中的元素。而彩色相机获取的是红、绿、蓝三个波段范围的积分值，每个像素由三个数值构成，当两个不同非遗服饰中的元素在 Ｒ，G，B 三个宽波段内的响应积分相等时，彩色图像将无法区分这两个非遗服饰中的元素。虽然彩色图像的大小是灰度图像的3 倍，但目标的区分能力将极大提升［3］。假设如数字图像具有 255 个量化等级，那么灰度图像理论上则具有 255 个区分能力，而彩色图像则具有255 × 255 × 255 个区分能力，与灰度图像相比，彩色图像数据量增加了 3 倍，而区分能力则提高了 255 × 255倍，彩色图像极大地提升了对于不同非遗服饰中的元素的区分能力。高光谱成像设备获得的数据不是一个宽波段积分标量，也不是 Ｒ，G，B 三个波段的分别积分，而是在光谱曲线上进行窄带离散采样，每个像素是一个矢量，根据信号理论可知，像素矢量的分量个数越多，即光谱通道数越多，或光谱分辨率越高，矢量越逼近原始光谱曲线，越具有区分能力。但是矢量分量个数越多，数据量越大，数据越冗余，海量数据给数据传输、处理、应用带来了挑战。为此，实际应用中需要权衡空间分辨率与光谱通道数。

（三）检测应用

光谱成像应用技术即如何使用光谱数据立方体，通常有两类方法:

第一， 基于 2D 空间图像的检测识别方法以一幅一幅窄带光谱图像为处理对象，或以主成分分析 PCA、独立成分分析 ICA 等方法提取的特征图像为对象，用特征提取的方法针对每幅图像进行处理，最后将每幅图像的检测识别结果进行融合得到最终结果［4］。这类方法可充分利用传统图像处理的基本方法，但计算量大，难以检测识别亚像元小目标。

第二， 基于 1D 光谱矢量的检测识别方法

以像素的光谱矢量为处理对象，根据像素之间光谱矢量的相似性或差异性进行检测处理。这种方法不利用图像的几何特征，可以检测识别亚像元小目标;充分利用像素的光谱特性，能极大提升检测识别能力。基于 1D 光谱矢量的检测识别方法是目前光谱信息处理的主流。二维空间的每个像素均包含一条光谱曲线，如果像素中只有一种对象，像素光谱曲线则是该对象的“纯净光谱”曲线; 如果像素中包含几个对象，像素光谱曲线则是每个对象的光谱曲线按贡献率组合而成的“混合光谱”。由于大气散射效应，实际上不存在真正的“纯净光谱”曲线。

针对产品的高光谱数据立方体，将像素中对应合格品的光谱向量视为“纯净光谱”像素，将像素中对应不合格品的光谱向量视为“另类光谱”像素，将既有合格成分又有不合格成分的像素视为“混合光谱”像素。

二、 应用到非遗服饰的保护中

在合理的运用高光谱成像技术后，非遗服饰中的元素可以被轻松地提取出，这些非遗服饰种类繁多，款式多样，有的雍容华贵，有的古朴庄重，有的粗犷豪放，有的精致优雅……是古代人民在特殊的自然环境、历史时期、生产生活以及传统习俗等因素的影响下，按照一定规律、根据一定审美理想进行改造客观与主观世界实践活动的产物，是人类社会宝贵的非物质文化遗产，凸现以下价值意义：一是文化多样性之和美。中国上下五千年来，无数的文化与文明的发展与进步，虽然服饰款式不同、语言差别、习俗殊途，但这在世界上是一个文化五彩斑斓“美美与共”的认知典范。二是文化共同体之认同。在中国的历史记忆中，中国人民分布在中国的各个地区，经历了无数的时代变迁，直到现在突破了国界，许多人生活在美国，英国等等地区；然而，无论人走得多么遥远，每个中国人终会回到美丽东方认祖归宗，这个分布在世界的民族集团式的意识的心灵归依在东方中国。三是丰美人类生活。充满山野之味或优雅气质的各类非遗服饰，具有极其强烈的展示展演品质，无论在山野还是在舞台,不但具有动态美而且具有静态美的非遗服饰都是生动神美的风景，非遗服饰的穿着和展示，都积极地助力非遗产业升级发展，已经引起人们极大兴奋与兴趣，给人们的生活带来美好的愉悦。据于此，中国应当积极促进非遗服饰的保护与传承，使之成为世界文化品牌，发挥并更加彰显其价值和作用。

三、总结

非遗服饰是全民的民族精神、民族文化的一种积淀，保护非遗服饰就是对中华5000年文明史的一种认同，对于传承文明、建设先进文化有着重要的意义。

因此，保护非遗服饰就是保护人类文化的传承，保护非遗服饰能够帮助各族人民广泛汲取民族精神养分，服饰有着无可代替的作用，保护非遗服饰就是保护了各族人民思想道德和科学文化素质的历史根基。对于维护文化的多样性和创造性，保护社会不断向前发展，具有重大的历史意义。

［参考文献］

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成分融合方法比较［J］． 光学技术，2016，42( 2) : 97 －102．
［3］朱院院，高教波，高泽东，等． 基于多区间映射评价优选的
光谱数据融合显示算法［J］． 应用光学，2015，36( 5) : 728
－ 734．