在敦煌莫高窟的一座洞窟內(nèi)，一臺(tái)高精度相機(jī)自動(dòng)定位、精準(zhǔn)對(duì)焦。電腦屏幕上，壁畫(huà)表面被不斷放大，一個(gè)僅0.1平方毫米的微小皰疹狀病害，清晰地呈現(xiàn)在眼前。

這采用了一項(xiàng)前沿的時(shí)空智能感知技術(shù)，源自“面向復(fù)雜文物場(chǎng)景的時(shí)空智能視覺(jué)感知關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”——天津大學(xué)教授馮偉團(tuán)隊(duì)，協(xié)同敦煌研究院、故宮博物院、天津恒達(dá)文博、武漢大勢(shì)智慧等文博領(lǐng)軍單位歷經(jīng)十余年聯(lián)合攻關(guān)的項(xiàng)目成果。借助這項(xiàng)技術(shù)，在肉眼難以察覺(jué)的微觀世界里，文物表面每一次細(xì)微的膨脹、每一絲紋理的變遷，都被如實(shí)地記錄下來(lái)。由此，團(tuán)隊(duì)能夠在復(fù)雜多樣的場(chǎng)景中，準(zhǔn)確捕捉文物的緩慢演變，為文物保護(hù)提供可量化、可追溯的科學(xué)依據(jù)。

4月20日，天津發(fā)布2025年度天津市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，該成果榮獲技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

物理復(fù)現(xiàn)：讓文物變化“看得見(jiàn)”

在故宮太和殿的梁枋上，彩繪正經(jīng)歷著肉眼難辨的細(xì)微霉變；在敦煌莫高窟的洞窟深處，壁畫(huà)色彩以每年數(shù)微米的速度緩慢褪去。這些不易察覺(jué)的變化，為文物保護(hù)工作出了一道道難題。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全國(guó)76.7萬(wàn)處不可移動(dòng)文物、1.08億件（套）館藏文物中，有相當(dāng)一部分存在不同程度的損失。而文物劣化是一個(gè)長(zhǎng)周期、極其緩慢的過(guò)程，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段難以精準(zhǔn)捕捉。

“文物劣化具有很強(qiáng)的隱蔽性，我們必須從最細(xì)微的變化入手，制定有針對(duì)性的保護(hù)措施，防患于未然?！瘪T偉說(shuō)。

最大的技術(shù)挑戰(zhàn)來(lái)自如何區(qū)分文物的真實(shí)變化與拍攝條件差異造成的“偽變化”：不同時(shí)間拍攝的照片，相機(jī)位置哪怕有幾毫米偏差，光照角度稍有不同，都會(huì)導(dǎo)致微觀層面的顯著圖像差異。傳統(tǒng)算法往往將這些外部因素與真實(shí)病害混為一談。

為此，團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地提出“物理復(fù)現(xiàn)”技術(shù)，通過(guò)視覺(jué)導(dǎo)航，讓相機(jī)和光源在不同時(shí)間拍攝時(shí)，自動(dòng)回到完全相同的位置和姿態(tài)?！熬拖裨谕粋€(gè)位置、用同一束光、同一個(gè)角度反復(fù)觀察文物?！瘪T偉介紹，通過(guò)這一方法，能檢測(cè)到0.18平方毫米的細(xì)微變化，比一根頭發(fā)絲還細(xì)。

值得一提的是“數(shù)字鏡頭”技術(shù)。針對(duì)歷史照片，團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建深度學(xué)習(xí)技術(shù)，僅憑一張百年前的老照片和幾張當(dāng)前圖像，就能自動(dòng)模擬出“虛擬鏡頭”，讓現(xiàn)代相機(jī)“穿越”回當(dāng)年。法國(guó)漢學(xué)家伯希和在百年前留下的歷史影像，如今即可通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)與現(xiàn)代圖像進(jìn)行細(xì)致比對(duì)?！斑@是國(guó)際上第一次做到讓相機(jī)‘穿越’百年進(jìn)行原位比對(duì)。”馮偉告訴記者。

在敦煌莫高窟，這項(xiàng)技術(shù)已持續(xù)應(yīng)用十多年，覆蓋數(shù)百個(gè)點(diǎn)位、數(shù)十個(gè)洞窟，形成常態(tài)化年度監(jiān)測(cè)。這些數(shù)據(jù)為莫高窟的精細(xì)化管理提供了關(guān)鍵決策支撐。

廣域自由協(xié)同感知：高效構(gòu)建數(shù)字底座

如果說(shuō)“物理復(fù)現(xiàn)”解決了時(shí)間維度上的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，那么“廣域自由協(xié)同感知”技術(shù)則攻克了空間維度上的高效建模挑戰(zhàn)。

在云岡石窟、兵馬俑坑等大遺址場(chǎng)景中，文物分布廣闊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多相機(jī)、多角度、多時(shí)段的觀測(cè)需求交織疊加。傳統(tǒng)方法面臨兩難困境：要么犧牲精度，粗略掃描大場(chǎng)景；要么局限局部，高精度建模小物體，而后期數(shù)據(jù)拼接更是需要耗費(fèi)大量人力。

“我們提出了一種無(wú)標(biāo)定的協(xié)同方式，讓多個(gè)相機(jī)、無(wú)人機(jī)在互不知曉位置的情況下，通過(guò)空間分布關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)協(xié)同?！眻F(tuán)隊(duì)成員、天津大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副研究員張乾介紹。

“不同設(shè)備拍攝尺度不同、角度不同，比如高空相機(jī)拍整體、地面設(shè)備補(bǔ)細(xì)節(jié)、移動(dòng)設(shè)備抓紋理，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)算法自動(dòng)整合，快速完成高精度三維建模。”大勢(shì)智慧董事長(zhǎng)、武漢大學(xué)教授黃先鋒補(bǔ)充說(shuō)。

這項(xiàng)技術(shù)的效率提升令人驚嘆，對(duì)諸如云岡石窟這種大型遺址的三維建模任務(wù)效率提升超過(guò)10倍，能夠?qū)崿F(xiàn)大遺址復(fù)制級(jí)別的數(shù)字化重建。

“文物保護(hù)不是孤立的，它需要感知、分析、利用的全鏈條協(xié)同?！瘪T偉說(shuō)。為此，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建起覆蓋微觀到宏觀尺度的文物本體態(tài)勢(shì)量化感知裝備體系，并研制出面向復(fù)雜文物場(chǎng)景的時(shí)空智能一體化服務(wù)云平臺(tái)。從固定式高精度監(jiān)測(cè)設(shè)備，到部署在智能手機(jī)端的巡查應(yīng)用，即便在無(wú)電、無(wú)網(wǎng)的偏遠(yuǎn)山區(qū)或洞窟深處，工作人員也能手持手機(jī)完成巡查式監(jiān)測(cè)。

十余年深耕，該項(xiàng)目已授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利35項(xiàng)，技術(shù)成果服務(wù)全國(guó)21個(gè)省份、70多家文化遺產(chǎn)地和博物館，成功應(yīng)用于文物本體量化監(jiān)測(cè)、高精度建模、修復(fù)量化評(píng)估等核心業(yè)務(wù)。

“文物監(jiān)測(cè)只是起點(diǎn)?！瘪T偉表示，他們希望利用時(shí)空智能技術(shù)，逐步為更多文物建立可量化的“健康檔案”，為中華文明的永續(xù)傳承提供科技支撐。（記者 陳曦）