为文物生成“数字指纹” 用硬核技术守护文物安全

文物身份鉴别，从人工主观判断转向技术客观核验

为文物生成“数字指纹”

头条看点

博物馆收藏的文物，安全保障很关键。保障文物身份安全、感知文物健康状况，除了靠“火眼金睛”，还能靠什么？

天津大学联合多家单位开展技术创新研究，为文物建立“数字指纹”库，用硬核技术守护文物安全。

前不久，国家文物局部署推进全国国有博物馆馆藏文物安全管理专项行动，全面开展国有馆藏文物盘库清点和安全隐患排查整治工作。

我国是文物大国，海量的可移动文物涵盖陶、瓷、青铜、漆木、书画、玉石等多种材质，器型各异。随着国内外文化交流日益频繁，文物的流通、借调和展览已成为常态。过去，博物馆文物在保存和展览过程中，进出库管理主要靠人工标记。近年来，电子标签的使用，使文物的进出都有了明确记录，但这些标签可与文物分离，仍存在隐患。

为确保文物“它是它”，解决国内外博物馆界共同面临的难题，天津大学联合多家单位开展技术创新研究，为文物建立独一无二的“数字指纹”，让文物身份鉴别从人工主观判断转向技术客观核验，守护文物安全。

需要建一个与本体不可分离的标识，确保“它是它”

博物馆馆藏文物全流程业务管理中，每一步都离不开身份安全保障。需求主要集中在两方面：一是应对专业伪造、以假乱真的身份可信鉴别，二是应对多样化文物流转业务所需的身份高效确认。

“这都指向同一个问题：文物本体与身份标识的同一性判别。简单来说，就是确保‘它是它’。”天津大学视觉智能实验室负责人冯伟教授说。

传统的文物身份鉴别与管理，高度依赖专家经验与人眼判别，辅以纸质标签、火漆印等物理标识，而这些物理标识与文物本体是分离的，人工判别容易出现失误。同时，在文物频繁流转的场景中，人工盘点、交接中的身份确认耗时费力，难以满足高效的管理需求。

随着技术迭代，文物身份鉴别先后经历了二维码、无线射频识别等外置数字标签与多光谱（高光谱）、太赫兹成像等数字化采集阶段，整体呈现数字化、智能化趋势。其中无线射频识别，是给文物贴一个带芯片的微型“电子身份证”，用无线电波非接触读取，本质上还是给文物“外挂”一个数字标签，与文物本体可物理分离。

“多光谱（高光谱）、太赫兹成像等技术可直接提取文物自身材质及内部结构特征，实现标识与本体绑定、无法剥离的目标。”天津大学视觉智能实验室成员李楠博士介绍，“它们的短板是缺乏专用采集装置和与之匹配的技术体系，通用设备体积大、成本高、适用面窄。”

将文物放大到微米级，比对其独有的表面纹理特征

能否为文物建一个与本体不可分离的标识，同时又能快速鉴别其身份，兼顾安全与高效？

依托国家重点研发计划“馆藏文物数字指纹提取鉴别与身份智能管理关键技术”项目，由天津大学牵头，联合高校、文博机构等多家单位共同研发的文物指纹提取鉴别技术与装备体系攻克了这个难题。用无损、非接触的方式，给文物建立“数字指纹”。

这里的“指纹”，不是工匠制作器物时留下的指纹，而是文物放大到微米级，在微观尺度下独有的表面纹理特征。

走进天津大学视觉智能实验室，玻璃箱体中的机械手臂正灵活移动角度，给瓷器花瓶拍摄图像。工作人员在玻璃箱外轻点电脑键盘发出指令，机械臂末端的探头自动对准瓶身某个关键点位，几分钟后，一组采集的微观纹理图像被进一步提取特征、安全编码，存入数据库——文物的“数字指纹”就此生成。

下次文物出库巡展回来，只需把它放上设备载物台，人工智能算法会自动找到当初那个“指纹”点位，重新拍摄、提取特征、与数据库比对。单点鉴别不超过3分钟，精度超过99.99%。

“它的原理是文物在微观尺度下，物体表面呈现出随机性特征，这种观测尺度下物体材质呈现出的物理随机性与人类指纹的原理相似，具备唯一性，且稳定、普遍存在，不可被复制。”冯伟解释，只要将一个物体局部点位放大百倍，细到微米级，就会发现每个物体都有属于自己的物理特性。

具体操作方法是通过设备拍摄图像，并用人工智能算法进一步采集提取这些图像中的视觉特征，系统会自动选择关键点位进行编码，生成文物“数字指纹”。

文物“数字指纹”标识生成后，如何保证下次比对时选取的是同一个点位？

“应用初期是通过人工原位比对，如今的创新在于实现了自主原位比对。”冯伟介绍，现在只需将文物放在设备载物台上，装备和算法会自动去寻找相应的指纹区域，并拍摄图像、提取特征、比对鉴别，快速准确判定“它是它”。

2023年起，文物指纹提取鉴别技术在湖南省博物馆、浙江的杭州市临平博物馆开展示范验证工作。

“通过比对前后两次采集的微观视觉特性，可以实现高精度判别文物身份，这将为文物出库、巡展等流转业务中的文物身份安全提供强有力的技术支撑，对加强馆藏文物安全管理发挥重要作用。”湖南省博物馆馆长段晓明说，湖南省博物馆将对超1000件文物完成“指纹”录入。

“文物医生”精准捕捉状态变化

这套“数字指纹”技术并非凭空出世。它的前身，是一套时空智能视觉感知技术和装备体系，这也是一个能精准感知文物状态和演变的“文物医生”。

文物大多历经数百年乃至上千年岁月，材质老化、结构劣化、环境侵蚀等问题普遍存在，绝大多数文物病害都不是瞬间爆发的“急重症”，而是长期累积、缓慢发展的“慢性病”。

以古代壁画为例，表面起甲、空鼓、酥碱、剥落等病害，往往是经年累月的温湿度波动、盐分在墙体内部迁移、微生物缓慢滋生共同作用的结果，整个过程隐蔽而漫长。

能否像日常体检一样，为文物建立全天候、高精度、动态化的监测体系？天津大学视觉智能实验室研究团队开发“人工智能+视觉”技术，让机器“记住”文物过去的样子，然后在同一位置、同一角度、相同光照下，精确复现、比对。

听起来简单，做起来难。“在一个复杂甚至极端环境中，对文物开展长周期精密测量、精准感知文物变化的难度要高于标准化工业场景。”李楠解释，工业场景一般是恒温恒湿、环境规整、标准统一，设备易于调试、运行，文物所处环境千差万别，既可能是温湿度波动剧烈、阴暗潮湿、空气密闭的洞窟与库房，也可能是露天野外、风吹雨淋的开放场所，环境干扰多。

团队研发了一套面向复杂文物场景的时空智能视觉感知技术和装备体系。简单来说，对某件文物只需要提供一幅过去监测中记录的清晰影像，哪怕是百年前的一张照片，凭借人工智能算法也能解读出拍摄它时的相机位置和光照情况，并在当前场景中精准复现，在同一时空坐标里进行对比。通过这一技术，“文物医生”对文物表面的变化感知精度能达到10微米，细度相当于一根头发平均直径的1/7。

这项成果已应用于敦煌莫高窟、故宫、颐和园、秦始皇陵兵马俑、麦积山石窟等50余处重要遗产地与博物馆，不断为文物保护提供关键技术支撑。

从无法伪造的文物“数字指纹”，到能监测文物健康状况的“文物医生”，现代科技让珍贵文物的身份可查询、健康可感知，让千年文明在科技守护下永续传承、历久弥新。