政院國家科學委員會專題研究計畫...

行政院國家科學委員會專題研究計畫期末報告

特殊傳統顏色藝術品之多頻譜數位典藏研究案(II)

計畫類別：個別型

計畫編號： NSC 100-2631-H-034-001-

執行期間： 100年 08 月 01 日至 101年 12 月 31 日

執行單位：中國文化大學資訊傳播學系（所）

計畫主持人：徐明景

共同主持人：韓桂華、陳恆生、吳瑞秀

計畫參與人員：碩士級-專任助理人員：歐子平

碩士班研究生-兼任助理人員：林易辰

公開資訊：本計畫可公開查詢

中華民國 102年 03 月 27 日

中文摘要：本研究以前一年度多頻譜影像科技從事數位典藏的成果為基

礎，除了繼續將華岡博物館內收藏之名家水墨畫數位化，並

擴大材質範圍及於油畫、粉彩及水彩等，尤其挑選色彩特異

且鮮豔，難以用傳統 ICC 色彩管理流程複製之代表性作品。

同時，將特別發揮多頻譜高色彩分析能力，將本校所收藏不

同朝代之青花瓷，以多頻譜的方式記錄其影像並分析其釉藥

色彩特性，皆為國內嶄新的嘗試與創新。多頻譜影像科技是

國際先進國家，近年來大力引進數位典藏的新技術，其特點

為提高每一影像畫素的色彩分析與記錄能力(不再只是 RGB

三色，而是 31 個可見光波段)，透過獨特的色彩校正程序，

可以精準的典藏物件本體的表面光譜反射特性，可以突破一

般數位相機色域不足的困境，更可以解決不同光源下條件等

色的問題，是數位典藏技術的新趨勢。而以此新技術應用在

我國特有的典藏內容上，不僅可以更精準的記錄藏品的特

色，還可以進一步探究與比較分析更深層的特徵，形成新的

知識與學術研究，後續潛力無窮，將是國內數位典藏與世界

同步的新突破。

中文關鍵詞：多頻譜影像數位典藏多頻譜影像青花瓷主成分分析

英文摘要： The unique color representation of oriental art works

distinguishes itself from what has been seen in

western art works. Not only the traditional oriental

water color painting, but also ancient Chinese blue

and white porcelain are the major collections

digitized in this project. Multi-spectral imaging

technology is deployed to capture the color in

spectral form. A custom-build spectral camera with X-

Y scan bed is used to perform the high precision

spectral capture process. The spectral reflectance of

each pixel is recorded accordingly. With consequent

analysis and process, these collections will be

archived with high precision spectral data which can

have the advantages to resolve the issue of

metamerism and to reproduce the art work under

different illuminations. Further research is carried

to rebuild the ancient water color paintings from the

faded paper base by spectral analysis. Other material

like oil painting, western water color and Pastel are

sampled for comparison purpose. It is intended to

explore the new applications of multi-spectral

technology in archiving oriental art work to be in-

line with the international trend of applying

spectral technology in digital archive. The results

of this research show a very positive future of

digital archive with multi-spectral imaging.

英文關鍵詞： Digital Archive by Multi-spectral Imaging, multi-

spectral imaging, oriental water color

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■成果報告 □期中進度報告

特殊傳統顏色藝術品之多頻譜數位典藏研究案(II)

計畫類別：■個別型計畫 □整合型計畫計畫編號：NSC 100－2631－H－034－001 執行期間：100 年 8 月 1 日至 101 年 12 月 31 日

執行機構及系所：中國文化大學資訊傳播學系

計畫主持人：徐明景中國文化大學資訊傳播學系副教授

共同主持人：吳瑞秀中國文化大學史學系副教授

韓桂華中國文化大學史學系副教授

陳恆生中國文化大學資訊管理學系助理教授

計畫參與人員：歐子平 / 林婷筠 /林易辰

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告 ■完整報告

本計畫除繳交成果報告外，另須繳交以下出國心得報告：

□赴國外出差或研習心得報告

□赴大陸地區出差或研習心得報告

□出席國際學術會議心得報告

□國際合作研究計畫國外研究報告

處理方式：除列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

中華民國 102 年 3 月 25 日

I

摘要

本研究以前一年度多頻譜影像科技從事數位典藏的成果為基礎，除了繼續將華

岡博物館內收藏之名家水墨畫數位化，並擴大材質範圍及於油畫、粉彩及水彩等，

尤其挑選色彩特異且鮮豔，難以用傳統ICC 色彩管理流程複製之代表性作品。同

時，將特別發揮多頻譜高色彩分析能力，將本校所收藏不同朝代之青花瓷，以多頻

譜的方式記錄其影像並分析其釉藥色彩特性，皆為國內嶄新的嘗試與創新。

多頻譜影像科技是國際先進國家，近年來大力引進數位典藏的新技術，其特點

為提高每一影像畫素的色彩分析與記錄能力(不再只是RGB 三色，而是31 個可見光

波段)，透過獨特的色彩校正程序，可以精準的典藏物件本體的表面光譜反射特性，

可以突破一般數位相機色域不足的困境，更可以解決不同光源下條件等色的問題，

是數位典藏技術的新趨勢。而以此新技術應用在我國特有的典藏內容上，不僅可以

更精準的記錄藏品的特色，還可以進一步探究與比較分析更深層的特徵，形成新的

知識與學術研究，後續潛力無窮，將是國內數位典藏與世界同步的新突破。

關鍵字：多頻譜影像數位典藏多頻譜影像青花瓷主成分分析

II

Abstract

The unique color representation of oriental art works distinguishes itself from what has been seen in western art works. Not only the traditional oriental water color painting, but also ancient Chinese blue and white porcelain are the major collections digitized in this project. Multi-spectral imaging technology is deployed to capture the color in spectral form. A custom-build spectral camera with X-Y scan bed is used to perform the high precision spectral capture process. The spectral reflectance of each pixel is recorded accordingly. With consequent analysis and process, these collections will be archived with high precision spectral data which can have the advantages to resolve the issue of metamerism and to reproduce the art work under different illuminations. Further research is carried to rebuild the ancient water color paintings from the faded paper base by spectral analysis. Other material like oil painting, western water color and Pastel are sampled for comparison purpose. It is intended to explore the new applications of multi-spectral technology in archiving oriental art work to be in-line with the international trend of applying spectral technology in digital archive. The results of this research show a very positive future of digital archive with multi-spectral imaging.

Keywords: Digital Archive by Multi-spectral Imaging, multi-spectral imaging, oriental water color

III

目錄

摘要................................................................ I

Abstract........................................................... II

目錄.............................................................. III

圖目錄............................................................ IVI

表目錄............................................................. VI

前言................................................................ 1

第一章研究目的..................................................... 2

第二章文獻探討..................................................... 4

第三章研究方法..................................................... 9

第四章結果與討論.................................................. 12

第一節書畫數位化成果.......................................... 13

第二節青花瓷研究分析.......................................... 16

第三節多頻譜修復與紅外線影像應用.............................. 27

第四節其他相關研究成果....................................... 27

第五章結論與建議.................................................. 29

參考文獻...........................................................30

IV

圖目錄

圖 2-1 Mona Lisa 多頻譜影像修復還原比較圖 ......................................................... 4 圖 2-2 Mona Lisa 細部頻譜資訊圖 ............................................................................ 4 圖 2-3 Lady with an ermine 多頻譜影像修復還原比較圖 ......................................... 5 圖 2-4 Lady with an ermine 畫作頻譜資訊分析圖 .................................................... 5 圖 2-5 美國多頻譜研究系統示意圖 .......................................................................... 6 圖 2-6 梵谷畫作「星夜」多頻譜影像 ...................................................................... 6 圖 2-7 梵谷畫作「星夜」油彩顏料表現比較圖 ...................................................... 6 圖 2-8 日本傳統繪畫上顏料的分析畫作 .................................................................. 7 圖 2-9 顏料的分析圖表 .............................................................................................. 7 圖 2-10 新加坡文件多頻譜分析圖 ............................................................................ 8 圖 2-11 新加坡地圖多頻譜分析 ................................................................................ 8 圖 3-1 多頻譜影像系統輸入平台 ............................................................................... 9 圖 3-2 本研究之多頻譜影像處理工作流程圖 ........................................................ 10 圖 3-3 11 色色墨的高解析度噴墨輸出設備 ......................................................... 11 圖 4-1 梅-彭玉麐 ....................................................................................................... 13 圖 4-2 富貴白頭圖-朱夢廬 ....................................................................................... 13 圖 4-3 紅荷-謝公展 ................................................................................................... 13 圖 4-4 牡丹花鳥-夏鑄 ............................................................................................... 13 圖 4-5 水墨茶花-王雲 ............................................................................................... 14 圖 4-6 荷塘宿鷺-歐豪年 ........................................................................................... 14 圖 4-7 不如歸去-張書旂 ........................................................................................... 14 圖 4-8 初冬晨曦-何和明 ........................................................................................... 14 圖 4-9 灼灼其華-李福臻 ........................................................................................... 15 圖 4-10 火山花-陳明湘 ............................................................................................. 15 圖 4-11 各朝代青花瓷在色彩空間 Lab 的分佈圖 .................................................. 17 圖 4-12 青瓷雙耳罐.................................................................................................. 18 圖 4-13 青瓷壺.......................................................................................................... 18 圖 4-14 鈞窯.............................................................................................................. 18 圖 4-15 晉代青花瓷色彩分佈圖 .............................................................................. 18 圖 4-16 青瓷小盤 …….............................…………………………...............…… 19 圖 4-17 影青碗 ...................................................................................................... .....19 圖 4-18 青瓷碗 ..................................................................................................... .....19 圖 4-19 青花碗 ..................................................................................................... .....19 圖 4-20 青花花葉瓶 .............................................................................................. .....19 圖 4-21 宋、元代青花瓷色彩分佈圖 ................................................................. .....19 圖 4-22 青花雙獅紋盤 ............................................................................................... 20

V

圖 4-23 青花壽石百花盤 .......................................................................................... 20 圖 4-24 青花碗 ........................................................................................................... 20 圖 4-25 青花碟 .......................................................................................................... 20 圖 4-26 青花萊菔紋盤 .............................................................................................. 20 圖 4-27 青花鳳盤 ...................................................................................................... 20 圖 4-28 青花盤 ........................................................................................................... 20 圖 4-29 明代青花瓷色彩分佈圖 .............................................................................. 21 圖 4-30 畫作「不如歸去」紙張褪色多頻譜影像 .................................................. 22 圖 4-31 畫作「不如歸去」退色修復後的多頻譜影像 .......................................... 22 圖 4-32 畫作「荷塘宿鷺」多頻譜褪色修復後比較影像 ....................................... 23 圖 4-33 畫作「梅」多頻譜褪色修復後比較影像 .................................................. 24 圖 4-34 多頻譜紅外線 LED 燈源系統 .................................................................... 25 圖 4-35 水彩畫作簽名覆蓋圖 .................................................................................. 25 圖 4-36 水彩畫作簽名紅外線波段頻譜圖(830nm~870nm) ................................... 26

VI

表目錄

表 4-1 本研究數位畫書畫典藏藏品細規格列表 .......................... 12

表 4-2 本研究數位化之青花瓷典藏品細規格列表 ........................ 16

1

前言

數位典藏是典藏文物書畫最真實、最美麗的一面，因此色彩的表現對於文物

書畫的典藏就相當重要。色彩的表現是指文物書畫展現出的顏色，更是藝術家在

創作時不可或缺的技法，不論是山水畫中的寶藍青綠或是瓷器文物的絢麗色彩，

皆為藝術品數位典藏過程中務必留存之精髓。現行數位典藏的技術中，不論是以

傳統底片或專業數位相機來拍攝，常會遇到無法準確記錄下某些特殊顏色的窘

境，尤其是特別豔麗的色彩或特殊如石青、石綠等顏色，因為現有攝影技術只能

以RGB三信號來記錄一般色域的影像，但遇到非常純粹或鮮豔的色彩超出系統色域時，並無法完整的保存其原始的色彩資訊，無法典藏色彩最真實的一面，也無

法標示出超出色域時的色彩，長久以來困擾著典藏單位，特別在傳統國畫水墨類

有特殊顏色表現時是常見的問題。

所謂的多頻譜影像技術是將可見光的範圍更細分成窄波波段的方式記錄下

來，人類可見光範圍為 400 到700 奈米的波長範圍，本研究的多頻譜影像是從400 到700 奈米的波長範圍以10奈米為取樣，並對多頻譜影像進行數學運算及分析處理。傳統一般相機將其分為R、G、B 三波段，印刷色墨分成C、M、Y、K 四色，但多頻譜技術可細分成 31 個以上的波段信號，換言之即可具備現有數位相機十倍的色彩分析能力，能更精確的記錄原始典藏品的色彩特質，尤其是特異顏

色的高飽和度或極端色相皆可精準的記錄，對以色彩為重要標的之典藏工作就有

非常深遠的影響。多頻譜影像技術可以獲得更多影像資料，除了提高畫素量以增

加空間解析度以外，更可以進行影像處理與運算分析，是一種提高色彩解析度與

影像應用的重要突破。

藉由本研究團隊多年來在多頻譜影像方面累積的經驗，以上年度的計畫案

「特殊傳統顏色藝術品之多頻譜數位典藏先導研究案」的成果為基礎，本次將從

華岡博物館現有藏品中，特別挑選不同朝代的的青花瓷與具代表性的水墨畫作，

藉助更精細之多頻譜影像色彩技術特別處理後，以多頻譜資料的方式典藏並並用

數學模式修復畫作紙張褪色部分，完成頻譜式數位典藏複製。也特別對青花瓷的

多頻譜影像進行色彩分析，期望能找出青花瓷特有的「雲破天青」的釉彩之美，

透過多頻譜影像技術讓數位典藏有更進一步的發展。

2

第一章研究目的

國內數位典藏相關之多頻譜影像色彩研究仍在先期研究階段，也未有成熟的

多頻譜影像系統，同時對東方水墨材質與青花瓷的相關多頻譜特性研究仍不普

遍。本研究團隊一直致力於此領域，不僅已發表多篇多頻譜水墨材質分析的論文，

也以先前完成之計畫案「特殊傳統顏色藝術品之多頻譜數位典藏先導研究案」的

成果為基礎，新建置一套高階多頻譜之前端攝影系統，並持續研發新模組，加上

先前多年執行數位典藏之經驗，與華岡博物館豐富典藏品的後盾，本年度之研究

特別典藏東方特有的藏品-青花瓷，以進行特殊傳統顏色之藝術品數位典藏的工作與分析。

多頻譜分析技術在國外先驅研究已有成果，美國羅徹斯特理工學院孟塞爾色

彩實驗室的Dr. Roy Berns 近來將其應用在美國國家畫廊分析梵谷、馬蒂斯等名畫，並發表了相當多的研究報告:

1.Berns, R.S., Color-Accurate Image Archives Using Spectral Imaging, ScientificExamination of Art: Modern Techniques in Conservation and Analysis, NationalAcademies Press, pp. 105-119 (2005)

2.Berns, R.S.; Taplin, L.A.; Nezamabadi, M.; Zhao, Y.; Okumura, Y., High-AccuracyDigital Imaging of Cultural Heritage without Visual Editing, IS&T, IS&T's 2005Archiving Conference, , Washington, DC, United States, pp. 91-95 (2005)

歐洲方面在法國有C2RMF 計畫，在羅浮宮博物館運多頻譜掃描式相機分析蒙娜麗莎的畫作，其團隊成員Dr. Alex Ribbes 曾於2009 年初訪台參與TELDAP 會議，並詳細說明其特殊打造的頻譜相機系統與分析蒙娜麗莎畫作的細節，其研

究成果發表於:

1. Ribes, A., Pillay, R., Schmitt, F., and Lahanier,C. “Studying That Smile: A tutorial ofmultispectral imaging of papers using the Mona Lisa as a case study”, IEEE SignalProcessing Magazine, 25(4), pp. 14-26 (2008).

2. Mady Elias and Pascal Cotte : Multispectral camera and radiative transfer equation used to depict Leonardo’s sfumato in Mona Lisa. Received 8 January 2008; revised 13 March 2008; accepted 14 March 2008; posted 17 March 2008 (Doc. ID 91529); published 18 April 2008。

3

然而這些研究所涵蓋的範圍都只有在西方油畫類的材質，屬於我們東方特有的材質的多頻譜數位典藏並不多見，而正式用多頻譜數位典藏技術從事青花瓷材

質的數位典藏內容，在國際上更是未曾見聞。由於本團隊已具備完善之ICC色彩管理為基礎之數位典藏系統，近年來更是致力於多頻譜相關領域上，特別建置一

套高階多頻譜之前端攝影系統，提升多頻譜影像品質與銳利度，對於國內數位典

藏的領域將是重大突破。

本團隊是國內第一個以多頻譜影像色彩技術執行數位典藏的單位，將國內數

位典藏的研究提升到多頻譜的層次，對華岡博物館內具代表性與實驗性的藏品進

行多頻譜數位典藏，畫作部分特別挑選十幅具代表性的作品做保存，並且將水墨

畫作紙張褪色部分嘗試進行修復，也探索不同的內容在此技術下的呈現與其他應

用的可能性。青花瓷部分特別從博物館內不同朝代中挑選具其代表性的藏品，共

十五件，可用多頻譜影像的方式典藏並且分析不同朝代之間其色彩的差異，

本研究不僅可產出高品質數位典藏檔案亦能分析與記錄其材質特性，同時可

提升數位典藏色彩詮釋的深度，並可與國際先進研究相接軌，其成效的價值有很

大的加成效果，具有相當大的應用性，是數位典藏在內容深度與技術分析上非常

重要的突破。

4

第二章文獻探討

多頻譜影像在國際上的應用與發展非常廣泛，許多國家也都紛紛投入相關領

域，例如：法國、美國、日本、新加坡等國，對於多頻譜的研究非常活躍。一、法國方面

1. Mady Elias and Pascal Cotte : Multispectral camera and radiative transfer equation used to depict Leonardo’s sfumato in Mona Lisa. Received 8 January 2008; revised 13 March 2008; accepted 14 March 2008; posted 17 March 2008 (Doc. ID 91529); published 18 April 2008。研究中使用多頻譜相機拍攝世界著名畫作「蒙娜麗莎的微笑」，並且運用數學模式分析，將畫作模擬重現。

圖2-1 Mona Lisa多頻譜影像修復還原比較圖

圖2-2 Mona Lisa 細部頻譜資訊圖

5

2. KELLY COMPTONL: A World of Art, No Longer Invisibleady, Fine Art Connoisseur (2008)，文中針對畫作「抱著銀貂的女人」Lady with an ermine，進行多頻譜影像拍攝，並且分析影像的色彩，透過運算分析將影像色彩模擬

再現，展現出畫作色彩並且運用在典藏展示上所使用。

圖2-3 Lady with an ermine多頻譜影像修復還原比較圖

圖2-4 Lady with an ermine 畫作頻譜資訊分析圖

二、美國方面

1. Dr. Roy S. Berns/ RIT在發表的論文中，Spectral color reproduction of paintings. In Society for Imaging Science and Technology (2008), pp. 484–488.，這篇論文研究世界著名畫家梵谷的畫作「奧維的教堂」，透過轉盤式上的六個濾鏡重

組多頻譜影像進行研究。

6

圖2-5 美國多頻譜研究系統示意圖

2. Yonghui Zhao, Roy S. Bernsa, Lawrence A. Taplina, James Coddington : An

Investigation of Multispectral Imaging for the Mapping of Pigments in Paintings. Computer Image Analysis in the Study of Art, (2008) IS&T。該篇研究則是以多頻譜影像分析畫作油彩顏料，應用在梵谷畫作「星夜」，處理油彩顏料的表

現，如圖

圖2-6 梵谷畫作「星夜」多頻譜影像

圖2-7 梵谷畫作「星夜」油彩顏料表現比較圖

7

三、日本方面 Jay Arre Toque, Yuji Sakatoku and Ari Ide-Ektessabi : Pigment Identification By Analytical Imaging Using Multispectral. Image Processing (ICIP), 2009 16th IEEE International Conference。研究多頻譜影像應用於日本傳統和式繪畫上顏料的分析，可以看出不同顏料的材質表現。

圖2-8 日本傳統繪畫上顏料的分析畫作

圖2-9 顏料的分析圖表

四、新加坡方面

Seon Joo Kim, Shaojie Zhuo, Fanbo Deng, Chi-Wing Fu, , and Michael S. Brown，在2010年的研究論文中，應用多頻譜影像與影像處理運算，針對文物進行分析，並且修復文物。

8

圖2-10 新加坡文件多頻譜分析圖

圖2-11 新加坡地圖多頻譜分析

9

第三章研究方法

多頻譜數位典藏的工作原理在於以多頻譜的輸入設備，用分光的方式把每一

個畫素上的反射訊號（可見光波段之波段在400奈米到700奈米）以特定頻寬的方式取樣，本研究以10奈米為頻寬取樣，則每一畫素就有31個信號，由此31個窄頻的數值，可以重建整個可見光的反射頻譜，再加入人類視覺特性與照明的屬性，

整合計算出視覺可感知的色彩三屬性－明度、色相及彩度。所以典藏下的數值對

每一個畫素而言是31個反射頻譜數值以上，而不是常見的R、G、B 三個數值，其精密度提高了10 倍，資料量超越10倍以上，可以記錄下更詳細的色彩變化。

其中需要使用之多頻譜輸入平台如下圖包含照明光源、鏡頭、分光模組、

CCD、數控移動掃描平台與影像處理電腦：

圖3-1多頻譜影像系統輸入平台

由於頻譜反射率能夠由數個基底向量以數學線性化模式來重建，畫作的色彩

特性可用頻譜反射率R(λ)表示，而不是CCD內的RGB 排列組合，不會有色域的限制，色彩的失真可以降至最低。由頻譜反射率R(λ)、光源、標準觀測者的視覺函數三者乘積合成轉換至CIE Lab 數值，而換算出每一個畫素上的顏色，其整體之工作流程如圖3-2所示。

10

圖3-2 本研究之多頻譜影像處理工作流程圖

本研究執行步驟如下:

1. 提件畫作與器物，並作記錄與整理 2. 進行設備校正與光源校正 3. 多頻譜影像系統拍攝典藏品的多頻譜影像 4. 將多頻譜影像計算轉換至 CIE Lab 數值 5. 利用數學模式對進行多頻譜影像分析 6. 選擇受損之畫作透過數學運算修復處理 7. 分析青花瓷的CIE Lab色彩分布情形 8. 將數位成品加上色彩屬性之 Meta Data 並載入資料庫 9. 作成結論與報告

輸出方面可以在計算CIE Lab信號時考量光源特性，因此可以依據實際照明的

色溫與紙張的顏色等特性，透過數學公式轉換成實際呈現的顏色，不受 ICC工作流程與紙張泛黃的限制。再以 CIELab的數據為參考基準，使用已校正的印表機Profile 輸出，透過RIP 打樣的軟體轉換成CMYK 印刷信號，用高解析度11 色色墨的噴墨印表機以高品質塗佈專用紙材列印，圖3-4為此列印設備。

11

圖3-3 11色色墨的高解析度噴墨輸出設備

此次規劃數位典藏畫作與青花瓷經特別挑選，畫作方面最主要的考量是東方

水墨運用傳統石青石綠與熟宣等材料，色彩表現的方式截然不同於西方藝術，其

中特殊的色澤一直是先前數位典藏最難以掌握的細節。而青花瓷的揀選以華岡博

物館所典藏的各朝代具代表性的青花瓷為主，不論是在器型與色彩都相當獨特，

再以最新的多頻譜影像科技精細的數位化，並進一步的分析與典藏，不只是高品

質的數位複製畫或是數位修護與加值運用(如紅外線辨識上)，能發揮極大的效益。

整體而言，本研究以多頻譜影像色彩技術從事數位典藏有下列優點 :

1. 用分光的方式，以10奈米為一波段，所以可細分成31個波段的信號，換言之其精密度提高了10倍以上。可以重建整個可見光的反射頻譜，整合計算出人類可感知的色彩三屬性明度、色相及彩度。

2. 頻譜反射率能夠由數個基底向量，以數學線性化模式來重建畫作的色彩特性，完全不會有色域的限制與光源的影響，色彩的失真可以降至最低。

3. 多頻譜影像透過數學模式運算可以進行畫作修復與紅外線辨識應用。

4. 嘗試以近紅外線波段的窄頻信號來分析非可見光底下的物件特性。

12

第四章結果與討論

本研究案透過自行設計組裝之多頻譜設備進行藏品數位化，在選擇藏品上以

傳統數位相機R、G、B三色，因材質的特異性而不易被精準數位化之藏品為考量之一，故從華岡博物館選擇以下10幅東方水墨國畫獨具色彩表現的作品，與不同種類的畫作如油彩、粉彩和水彩，分別如下：

表4-1 本研究數位畫書畫典藏藏品細規格列表

編號名稱尺寸類別材質年代作者檔案尺寸

1 梅 159*65.5 國畫紙本 1816--1890 彭玉麐 139 G

2 富貴白頭圖 107.5*51.5 國畫絹本 1826-1899 朱夢廬 107 G

3 紅荷 94*55 國畫紙本 1885-1940 謝公展 119 G

4 牡丹花鳥 125*65.5 國畫紙本 1886-1946 夏鑄 123 G

5 水墨茶花 135*33.5 國畫紙本 1888-1934 王雲 94.3 G

6 荷塘宿鷺 122*34 國畫紙本 1935- 歐豪年 84 G

7 不如歸去 30*40 國畫紙本 1957-1990 張書旂 23.6 G

8 初冬晨曦 91*72.5 油彩布 2005 何和明 106 G

9 灼灼其華 53.5*22.5 粉彩紙 2003 李福臻 30.7 G

10 火山花 60*90 水彩紙 1941- 陳明湘 96 G

小計 922.6 G

13

第一節書畫數位化成果

圖4-1 梅-彭玉麐圖4-2 富貴白頭圖-朱夢廬

圖4-3 紅荷-謝公展圖4-4 牡丹花鳥-夏鑄

14

圖4-5 水墨茶花-王雲圖4-6 荷塘宿鷺-歐豪年

圖4-7 不如歸去-張書旂圖4-8 初冬晨曦-何和明

15

圖4-9 灼灼其華-李福臻圖4-10 火山花-陳明湘

16

第二節青花瓷研究分析

多頻譜青花瓷典藏部分，自華岡博物館所典藏的青花瓷中，挑選各朝代的青

花瓷物件，包括不同器形的青花瓷。使用多頻譜影像近型典藏後，分析青花瓷在

色彩空間Lab中的變化，並將其依照年代分為：晉、東晉、金一組；宋、元一組和明代一組，共三組。

表4-2 本研究數位化之青花瓷典藏品規格列表

編號名稱尺寸類別材質年代檔案尺寸

1 青瓷雙耳罐 20*14.5*10*13 瓷器青花瓷晉 9.3 G

2 青瓷壺 22*28*10.8*12.5 瓷器青花瓷東晉 14.9 G

3 鈞窯 13.5*11*7.5*8 瓷器青花瓷金 20.3 G

4 青瓷小盤 11.8*4 瓷器青花瓷宋 4.1 G

5 影青碗 5.5*5.5*18.5 瓷器青花瓷宋 6.5 G

6 青瓷碗 4.5*3.5*15 瓷器青花瓷宋 7.5 G

7 青花碗 3.9*4.5*11.5 瓷器青花瓷元 9.6 G

8 青花花葉瓶 4.5*5*12 瓷器青花瓷元 5.6 G

9 青花雙獅紋盤 4*14*23.3 瓷器青花瓷明 10.8 G

10 青花壽石百花盤 4*12*19 瓷器青花瓷明 9.8 G

11 青花碗 6.5*4.3*11 瓷器青花瓷明 10 G

12 青花碟 14.5*2.8 瓷器青花瓷明 11 G

13 青花萊菔紋盤 3.5*10.4*17.7 瓷器青花瓷明 19 G

14 青花鳳盤 5.5*14.5*27.5 瓷器青花瓷明 21.8 G

15 青花盤 4*10.5*19 瓷器青花瓷明 22 G

小計 182.2 G

17

圖4-11 各朝代青花瓷在色彩空間Lab的分佈圖

18

晉代青花瓷色彩分佈

圖4-12 青瓷雙耳罐圖4-13 青瓷壺圖4-14 鈞窯

圖4-15 晉代青花瓷色彩分佈圖

19

宋、元代青花瓷色彩分佈

圖4-16 青瓷小盤圖4-17影青碗

圖4-18 青瓷碗圖4-19 青花碗圖4-20青花花葉瓶

圖4-21 宋、元代青花瓷色彩分佈圖

20

明代青花瓷色彩分佈

圖4-22青花雙獅紋盤圖4-23 青花壽石百花盤圖4-24青花碗

圖4-25 青花碟圖4-26 青花萊菔紋盤

圖4-27 青花鳳盤圖4-28青花盤

21

圖4-29 明代青花瓷色彩分佈圖

從分析中可以看出由於晉代青花瓷的種類與色彩表現不盡相同，所有青花瓷

在色彩空間Lab中a軸分佈於正負5之間，而Lab中的b軸變化差異較大，可推論青花瓷的主要色彩分佈在黃色、藍色之間。明代青花瓷在色彩空間Lab中更加密集，分佈也更加集中，而單一明代的青花瓷在色彩空間Lab中的差異也比其他朝代小。

22

第三節多頻譜修復與紅外線影像應用

本研究嘗試以多頻譜影像對褪色畫作進行數位式修復，特別從典藏的十件畫

作中，挑選出適合修復的三幅畫作修復，先將畫作進行多頻譜影像拍攝，再以數

學分析對畫作紙張褪色部分進行修復。原理是將擷取到畫作的多頻譜影像資訊，

除去褪色紙張的反射率後，再乘上無褪色紙張的反射率，可以得到畫作修復後的

多頻譜影像。如下圖所示，可以明顯看出修復後畫作有更好的色彩表現。

畫作修復反射率R(λ) = 畫作褪色反射率R(λ) /紙張褪色反射率R(λ) x紙張反射率R(λ)

圖4-30 畫作「不如歸去」紙張褪色多頻譜影像

圖4-31 畫作「不如歸去」退色修復後的多頻譜影像

23

圖4-32畫作「荷塘宿鷺」多頻譜褪色修復後比較影像

24

圖4-33 畫作「梅」多頻譜褪色修復後比較影像

多頻譜技術能分析出色彩的吸收與反射特性曲線，以數學模式推估其褪色速率，未來可以廣泛應用於修復因年久氧化之藏品，將藏品恢復當年作品完成時的

色彩，對數位典藏未來發展具有非常廣泛的應用性。

25

本研究應用多頻譜紅外線波段影像進一步分析其影像細節之處，特別使用LED紅外線(850nm)燈源系統如圖4-34所示，LED紅外線燈源系統具有不會發熱與穩定的特性，不會傷害畫作與器物。

圖4-34 多頻譜紅外線LED燈源系統

使用多頻譜影像分析水彩畫簽名部分受到水彩顏料覆蓋而不易辯識，如圖

4-36所示，圖中簽名受到水彩顏料，透過多頻譜影像分析後，擷取紅外線波段影像830nm~870nm，可以明顯辨識出畫作簽名。

圖4-35 水彩畫作簽名覆蓋圖

26

圖4-36 水彩畫作簽名紅外線波段頻譜圖(830nm~870nm)

從圖4-37可以看見明顯辨識出畫作的簽名，多頻譜影像紅外線波段應用具有相當大的發展性，除了可以捕捉到視覺無法辨識之圖像，亦可能應用於分析藏品

的色彩特性來鑑別藏品的真偽，其加值應用範圍深具創新潛力。

27

第四節其他相關研究成果

一、論文發表 1. 林易辰、徐明景：多頻譜影像系統色彩穩定性之研究，2012年中華科技學

會研討會，101年06月。 2. M. James SHYU, Juei-hsiu WU , Heng-Sheng CHEN and Kuei-hua HAN. How

Blue Is the Blue and White Porcelain A Study of the Color Characteristics on Blue and White Porcelain by Using Spectral Imaging Technology, Proceedings of AIC 2012 Interim Meeting, 630-633, Sep. 2012. (Poster)

3. M. James Shyu and Margaret Chen Lee, Non-contact Color Analysis and Digital Archive Method for Blue-and-white Porcelain by Using Spectral Imaging Technology, International Journal of Humanities and Art Computing (IJHAC), Vol. 7, Feb. 2013.

4. M. James Shyu, Tzu-Ping Ou and T. Eva Lin. Seeing and Learning Beyond the RGB, Proceedings of 2013 TELDAP International Conference. Feb. 2013. (Poster)，獲得2013 TELDAP海報競賽第二名。

5. 將參加 2013 AAM (American Alliance of Museums)於美國巴爾的摩所舉辦之研討年會，並報告此研究成果。

二、人才培育目前此國科會計畫培育出多頻譜相關技術之研究生，本計畫數位典藏的多

頻譜推導分析數學模式，結合研究生林易辰同學發展102年1月發表研究論文，達到多頻譜領域上的碩士人才培育。

三、學術活動舉辦

(一) 2012數位多頻譜影像研討會暨數位典藏技術工作坊 1. 時間：101 年 06 月 07 日 (四) 09：00 ~ 16：30 2. 地點：中國文化大學大夏館國際會議廳 (台北市建國南路號二段 231 號) 3. 主辦單位：中國文化大學資訊傳播學系、中華色彩學會 4. 協辦單位：CIE-TAIWAN 5. 活動成果:

邀請芬蘭 Joensuu 大學 Jussi Parkkinen 教授來台演講，並於下午則安排多頻譜數位典藏技術工作坊，本研討會參加人數踴躍，出席人數共

有 58位，包括學者、學生、業界人士，還有中華色彩學會及 CIE-TAIWAN

的成員。本次 2012 數位多頻譜影像研討會暨數位典藏技術工作坊，Jussi Parkkinen 教授精彩的演講，讓與會聽眾了解到國際上多頻譜影像制定標準和應用範圍。透過數位典藏技術工作坊推展多頻譜影像的在數位典

藏上的應用，也讓聽眾了解多頻譜影像的發展。

28

四、學術活動參與 (一)參與第十四屆亞太數位圖書館國際會議ICADL 2012，於101年11月14日

Showcase II :Evolution of Digital Archives，就Archiving Images Beyond RGB Mode題目發表演說，並配合數位典藏與數位學習小組展出提供海報展示。

(二)協助數位典藏與數位學習小組拍攝多頻譜影像介紹影片，並於100年度數位

傳奇成果展上展示，讓民眾能對多頻譜影像作進一步的了解。

29

第五章結論與建議

數位典藏之研究在國內外已略具基礎，但能運用較先進之多頻譜影像技術從

事高品質之數位典藏工作，目前國際間只有美國、英國、法國與日本的少數著名

美術館，能應用在世界級大師的幾張作品上，如達文西的「蒙娜麗莎」與秀拉及

梵谷等之作品。本研究採用最新的分光稜鏡模組直接擷取單頻光的方式，雖然在

原理上並無大變動，但在系統技術上卻是另一番創新，是多頻譜系統的最新型式，

有更高的色頻解析度，是新一代的多頻譜系統的實現。以此應用在東方畫作與青

花瓷的數位典藏，本計劃團隊應是目前為止在國內外少數能具備如此能力的單

位，在學術研究上也是國內的一大突破。本計畫以多頻譜影像技術完成十件平面藝術品與十五件青花瓷之多頻譜影像

典藏，比一般數位相機 RGB 色彩紀錄能力大幅提升 10 倍左右，也解決不同光源下條件等色的問題。除了完成預期之典藏項目，還以紙質褪色的反射率修復模式

實驗數位化修復古畫的可能性，同時也分析同一個青花瓷上與不同朝代的青花瓷

其青花顏色的色相分佈，亦嘗試運用近紅外線波段的多頻譜影像，進行窄波之內

容分析與加值應用的可行性。這些成果並陸續發表在國內外專業學術場域，已獲

得許多正面的迴響。未來的發展上，不論是在複製色彩的準確度、特殊材質的色

彩特性研究、甚至老舊畫作的數位修復上都有無限可能，其未來潛力不可限量。本研究團隊除了自有特殊的多頻譜影像技術與資訊傳播研究所的學術研究能

力，還有豐富博物館學的學養與華岡博物館藏品的支持，在執行此類研究案上得

心應手，已累積國際級的實力與成果。惟，數位典藏國家型計畫已告一段落，未

來是否能有類似之跨領域學門能繼續支持此類橫跨科技與人文之研究，尚待發揚

光大。

30

參考文獻 1. Berns, R.S. (2005).Color-Accurate Image Archives Using Spectral Imaging,

Scientific Examination of Art: Modern Techniques in Conservation and Analysis, National Academies Press, pp. 105-119.

2. Berns R. S. , Taplin L. A. , Nezamabadi M. Zhao, and Y.Okumura Y. (2005).High-Accuracy Digital Imaging of Cultural Heritage without Visual Editing, IS&T's 2005 Archiving Conference, pp. 91-95.

3. Roy S. Berns(2008).Spectral color reproduction of paintings. In Society for Imaging Science and Technology, pp. 484–488.

4. Roy S. Berns, Siobhan Byrns , Francesca Casadi , Inge Fiedler , Christopher Gallagher , and Alan Newman(2005). Rejuvenating the Appearance of Seurat's A Sunday on La Grande Jatte – 1884 Using Color andImaging Science Techniques – a Simulation. the International Colour Association, International Colour Associatio, AIC Colour 05, pp.185-189.

5. Ribes A. , Pillay R. , Schmitt F. , and Lahanier, C (2008). Studying That Smile: A tutorial of multispectral imaging of papers using the Mona Lisa as a case study, IEEE Signal Processing Magazine, 25(4), pp. 14-26.

6. RIBES A. PILLAY R. S. F.(2008). Studying that smile. Signal Processing Magazine, IEEE 25, 4, pp. 14–26. 3, 6.

7. Mady Elias and Pascal Cotte : Multispectral camera and radiative transfer equation used to depict Leonardo’s sfumato in Mona Lisa. Received 8 January 2008; revised 13 March 2008; accepted 14 March 2008; posted 17 March 2008 (Doc. ID 91529); published 18 April 2008。

8. Yonghui Zhao, Roy S. Bernsa, Lawrence A. Taplina, James Coddington : An Investigation of Multispectral Imaging for the Mapping of Pigments in Paintings. Computer Image Analysis in the Study of Art, (2008) IS&T。

9. Jay Arre Toque, Yuji Sakatoku and Ari Ide-Ektessabi : Pigment Identification By Analytical Imaging Using Multispectral. Image Processing (ICIP), 2009 16th IEEE International Conference.

10. Seon Joo Kim, Shaojie Zhuo, Fanbo Deng, Chi-Wing Fu, , and Michael S. Brown : Interactive Visualization of Hyperspectral Images of Historical Documents. Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on Volume: 16 , 2010 , pp.1441–1448.

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=2945�

國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價

值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適

合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估 ■達成目標

□ 未達成目標（請說明，以 100 字為限） □ 實驗失敗

□ 因故實驗中斷 □ 其他原因

說明： 2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 □未發表之文稿 □撰寫中 □無

專利：□已獲得 □申請中 ■無

技轉：□已技轉 □洽談中 ■無

其他：（以 100 字為限） 3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價

值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以

500 字為限）研究以前一年度多頻譜影像科技從事數位典藏的成果為基礎，除了繼續將華岡博物館內

收藏之名家水墨畫數位化，並擴大材質範圍及於油畫、粉彩及水彩等，尤其挑選色彩特異且

鮮豔，難以用傳統ICC 色彩管理流程複製之代表性作品。同時，將特別發揮多頻譜高色彩分

析能力，將本校所收藏不同朝代之青花瓷，以多頻譜的方式記錄其影像並分析其釉藥色彩特

性，皆為國內嶄新的嘗試與創新。

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表日期:2013/03/27

國科會補助計畫

計畫名稱: 特殊傳統顏色藝術品之多頻譜數位典藏研究案(II)

計畫主持人: 徐明景

計畫編號: 100-2631-H-034-001- 學門領域: 第一分項：拓展台灣數位典藏分項計畫

無研發成果推廣資料

100年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人：徐明景計畫編號：100-2631-H-034-001- 計畫名稱：特殊傳統顏色藝術品之多頻譜數位典藏研究案(II)

量化

成果項目實際已達成數（被接受

或已發表）

預期總達成數(含實際已達成數)

本計畫實

際貢獻百分比

單位

備註（質化說

明：如數個計畫共同成果、成果列為該期刊之封面故事 ...等）

期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100%

國內論文著作

研討會論文 3 4 100%

篇

1. 林易辰、徐明

景：多頻譜影像系統色彩穩定性之研究，2012年中華科技學會研討會，101年 06 月。

2. M. James SHYU,

Juei-hsiu WU , Heng-Sheng CHEN and Kuei-hua HAN. How Blue Is the Blue and White Porcelain A Study of the Color Characteristics on Blue and White Porcelain by Using Spectral Imaging Technology, Proceedings of

獲得 2013 TELDAP海報競賽第二名。

專書 0 0 100% 申請中件數 0 0 100%

專利已獲得件數 0 0 100%

件

件數 0 0 100% 件技術移轉

權利金 0 0 100% 千元

碩士生 1 1 100%

計畫數位典藏的多頻譜推導分析數學模式，結合研究生林易辰同學發展 102年 1 月發表研究論文，達到多頻譜領域上的碩士人才培育。

博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100%

參與計畫人力（本國籍）

專任助理 0 0 100%

人次

期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100%

研討會論文 1 0 100% 篇

M. James Shyu and Margaret Chen Lee, Non-contact Color Analysis and Digital Archive Method for Blue-and-white Porcelain by Using Spectral Imaging Technology, International Journal of Humanities and Art Computing (IJHAC), Vol. 7, Feb. 2013

論文著作

專書 0 0 100% 章/本申請中件數 0 0 100%

專利已獲得件數 0 0 100%

件

國外

技術移轉件數 0 0 100% 件

權利金 0 0 100% 千元碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100%

參與計畫人力（外國籍）

專任助理 0 0 100%

人次

其他成果 (無法以量化表達之成果如辦理學術活動、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。)

學術活動舉辦:2012數位多頻譜影像研討會暨數位典藏技術工作坊

1. 時間：101年 06 月 07 日(四) 09：00 ~ 16：30

2. 地點：中國文化大學大夏館國際會議廳 (台北市建國南路號二段 231 號)

3. 主辦單位：中國文化大學資訊傳播學系、中華色彩學會

4. 協辦單位：CIE-TAIWAN

5. 活動成果:邀請芬蘭 Joensuu 大學 Jussi Parkkinen 教授來台演講，並於下

午則安排多頻譜數位典藏技術工作坊，本研討會參加人數踴躍，出席人數共有58 位，包括學者、學生、業界人士，還有中華色彩學會及 CIE-TAIWAN 的成員。本次 2012數位多頻譜影像研討會暨數位典藏技術工作坊，Jussi Parkkinen 教授精彩的演講，讓與會聽眾了解到國際上多頻譜影像制定標準和應用範圍。透過數位典藏技術工作坊推展多頻譜影像的在數位典藏上的應用，也讓聽眾了解多頻譜影像的發展。

學術活動參與:參與第十四屆亞太數位圖書館國際會議 ICADL 2012，於 101 年11 月 14 日 Showcase II :Evolution of Digital Archives，就 Archiving Images Beyond RGB Mode 題目發表演說，並配合數位典藏與數位學習小組展出提供海報展示。(二)協助數位典藏與數位學習小組拍攝多頻譜影像介紹影片，並於 100年度數位傳奇成果展上展示，讓民眾能對多頻譜影像作進一步的了解。

成果項目量化名稱或內容性質簡述測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0

科教處計畫加填項目計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0

國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價

值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適

合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估 ■達成目標 □未達成目標（請說明，以 100字為限）

□實驗失敗

□因故實驗中斷 □其他原因

說明：

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：論文：■已發表 □未發表之文稿 □撰寫中 □無

專利：□已獲得 □申請中 ■無

技轉：□已技轉 □洽談中 ■無

其他：（以 100字為限）目前此國科會計畫培育出多頻譜相關技術之研究生，本計畫數位典藏的多頻譜推導分析數

學模式，結合研究生林易辰同學發展 102年 1 月發表研究論文，達到多頻譜領域上的碩士人才培育。 3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以

500字為限）以前一年度多頻譜影像科技從事數位典藏的研究成果為基礎，除了繼續將華岡博物館內收

藏之名家水墨畫數位化，並擴大材質範圍及於油畫、粉彩及水彩等，尤其挑選色彩特異且

鮮豔，難以用傳統 ICC 色彩管理流程複製之代表性作品。同時，將特別發揮多頻譜高色彩

分析能力，將本校所收藏不同朝代之青花瓷，以多頻譜的方式記錄其影像並分析其釉藥色

彩特性，皆為國內嶄新的嘗試與創新。

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