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主成分分析法在红山文化玉璧研究中的初步应用

栗荣贺（辽宁省博物馆，辽宁沈阳110167）

摘要：本文利用可见近红外高光谱成像仪采集红山文化牛河梁遗址出土的一件玉璧的高光谱数据。利用主成分分

析法对玉璧图像进行增强显示，提取玉璧表面纹理特征，根据纹理特征选取感兴趣区输出特征光谱曲线，观察比

对特征曲线差异，分析成分种类数量，最后根据特征光谱曲线进行光谱角填图，得到整件玉璧的成分分布图。结果

表明，以上分析可以清晰地显示整块玉璧的各成分分布区域，该方法可以为XRF、FT-IR、XRD等微区检测方法提

供明确的成分区域指引。

关键词：主成分分析法；红山文化；玉璧

牛河梁遗址位于辽宁省朝阳市建平县，属于红山文化本文利用可见近红外高光谱成像技术获取牛河梁红山

晚期，规模宏大，是距今5800—5200年左右的古国时代第文化遗址出土的一件玉璧的高光谱数据。利用主成分分析

一阶段的代表，该遗址从1983年开始正式发掘，总计出土法增强信息，降低数据维数，提取玉璧表面纹理特征，之

玉器一百余件。除玉器外，牛河梁遗址还出土了陶器、石器后根据表面纹理特征选取感兴趣区，通过遥感处理软件计

和骨器等文物，牛河梁遗址庙、坛、冢的发现和随葬玉器的算输出特征光谱曲线，分析玉璧表面成分种类，最后利用

出土，为中华五千年的文明史提供了有力的实证。牛河梁输出的特征光谱曲线进行光谱角填图，得到整件玉璧的成

遗址出土的玉器种类包括玉环、双联玉璧、马蹄形玉箍、玉分分布图。经过以上处理，整块玉璧的各成分分布区域可

猪龙、玉璧、方形玉饰、棒形玉器、勾云形玉饰等，工艺精以清晰地显示，该方法可以为以现代科学原理为基础的微

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美，加工技术发达，造型上追求神似，别具风格。区检测方法提供明确的区域成分引导，具有重要的研究和

目前，运用现代分析技术对玉器进行检测与研究的方应用价值。

法主要包括X射线衍射分析法（X-RayDiffraction，XRD），一、数据采集仪器及参数

X射线荧光光谱分析法（X-RayFluorescence，XRF），傅立采用THEMIS-VNIR/400H高光谱成像系统采集玉

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叶变换红外光谱法（FT-IR），拉曼光谱法（Raman）等，璧的高光谱数据。数据采集系统的组成包括图像光谱仪

这些方法可以对玉器的内部和表面成分进行检测分析，具（ImSpectorV10E-QE），镜头（XNP1.4/23-0302），F1.4，

有较高的灵敏度和分辨率。但是，由于玉料属于多晶集合焦距23mm，两盏直流调节装置控制的250W石英卤素钨

体，成分复杂，上述检测方法皆属于微区分析，检测区域的丝灯（LOWEL-PRO），有效像素为1389个的线阵CCD摄像

大小只有几个微米到几百个微米，很难对整件玉器进行全机（SONYCX285AL）和便携式计算机等，钨丝灯的光谱范

面的扫描，故代表性不强。高光谱成像技术起源于20世纪围在可见近红外区域。高光谱相机的主要参数：光谱范围

末，是航空遥感领域的前沿技术之一[3]。通过高光谱成像技400~1000nm；光谱通道/带800；视场范围30degrees；光

术获取的数据既包含精细的