对于历史学家来说,纸张就像个“残忍的情人”。虽然干树浆能够让附着其上的记载保存得更久——我们正是通过这些记录去了解历史——但相较于其他发明,纸张更为脆弱。书上的文字终会褪色;人们也会涂抹手稿改写新的说辞;糟糕的是,纸还是易燃物。在20世纪,人类在世界各地发现了许多珍贵的文件,但辨识这些脆弱的、褪色的古代文献,并从中发现历史的新篇总会非常困难。
今天,一个复兴式的历史研究已经起航,这得感谢数码技术和相机,它能看到的远远超过了我们的视力。高光谱成像技术能够带来的是更多的信息和洞察力,包括从百年文献中解析被涂抹掉的内容,或者在一个文件上寻找到伟人的指纹,确认这是他某次讲话时用到的。在耶路撒冷、埃及和华盛顿,高光谱成像技术为人类文化的起源提供新的见解,解决百年的历史学术争辩。“高光谱图像能够从超过2000年的文献中解析人眼所辨识不了的文字,即便这些文献有了损坏”。
工作的核心是构建一个影像系统,这个系统是由位于美国加利福尼亚州的影像开发公司蓝景(MegaVision)设计的。他们的专业系统长期以来一直被应用于科学和医学工作。单色E6、滤色镜、39兆像素的由电脑控制的摄影系统,可以捕捉到离散波段的紫外线、红外线和可见光光谱(任意的滤色镜也可以放在镜头的前面)。与传统的数码相机不同,它依靠拜耳滤色镜以创建全彩色图像,蓝景系统采用专门的校准LED灯以获取在十几个不同的波长下的系列图片,这使得相机的传感器能够获取肉眼看不到的反射。
寻找阿基米德
高光谱成像的第一个成功案例是对阿基米德著作的手稿——“阿基米德重写本”的分析。1999年,一本13世纪的祈祷书在纽约的佳士得公司拍卖,一位匿名富豪出价200万美元买下,并委托美国巴尔的摩的华特斯美术馆典藏并加以复原。此时这本祈祷书的状况相当差,除了岁月的痕迹之外,多处扉页满布霉菌与蜡油,后人为防止散佚而涂抹大量胶水;更严重的问题是,20世纪的善本书伪造者为了增添其“价值”,在其中4页画上了拜占庭时代的宗教画。2000年,经过高光谱分析证实,虽然可见的文字记录是从13世纪开始的,但纸张却久远了数百年。
于是,一个图像研究团队应运而生,其中不乏平衡力成像公司(Equipoise Imaging,光谱成像研究公司——编者注)的首席科学家威廉·克里斯滕森-百瑞这样的图像专家。经过数年的研究,被清除的原始文字被光谱与数字图像计算机处理等技术解读,研究者赫然发现:这本祈祷书原本是古希腊数学家、天文学家阿基米德多部重要数学著作的羊皮纸抄本,以希腊文书写,其中最重要的就是早已失传的《方法论》和原本只有拉丁文译本的《论浮体》。这些著作在13世纪被一名僧侣将羊皮纸上的原文洗刷刮除,又写上东正教的祈祷文,成为了祈祷书的样子。
覆盖与涂抹遮蔽不了高光谱相机的“眼睛”,当它对准托马斯·杰斐逊手写的《独立宣言》初稿时,在一系列不同波长拍摄的照片中,研究人员发现杰斐逊最初在行文中写下了单词“对象”(subjects),然后他划去了并用“公民“(citizens)一词来替代,体现了这个思想家平等和感性的启蒙。
拍摄古卷碎片
超高分辨率与低光照射的组合促使以色列文物管理局(IAA)在以色列博物馆开始使用蓝景设计的系统,以研究“死海古卷”。
1947年春天,离耶路撒冷只有10几里的杰里科(Jericho)附近山洞的隐藏古卷,今天被称作“死海古卷”的偶然发现,被西方学术界称为当代最重大的文献发现。1948年—1956年间,11个藏有手稿的洞穴,又在死海西岸的北部角落发现,从这些洞穴又发掘出大量的《旧约圣经》古卷和其他文献的手抄本,种类多达900多种,残篇碎片数以万计。这些超过2000年历史的卷轴,是宝贵的宗教文献发现,包括最古老的犹太文献手稿。
学者们一直在努力拼凑和翻译古卷中记载的文字。这些浩如烟海的“死海古卷”大多数是皮革,纸草,甚至是金属片写成,前两者不易保存,不是腐坏就是氧化,加上残缺不全,字迹也难以辨认。随着IAA项目的进行,高光谱相机将能够看到这些历经2000多年风霜的古卷中的文字,并显示成超高分辨率图像,这正是研究人员所渴望的。
经过IAA“死海古卷”项目负责人普琳娜·肖尔之手,一个碎片被拍摄创建多达57种不同的图像。而超过10万个古卷碎片的拍摄,将耗费几年时间。所幸,通过与谷歌的合作,研究后的古卷碎片的图像将会呈现在IAA网站上。
“抢救”修道院
同时,蓝景的总裁博伊兹顿频频往返于西奈沙漠的一个偏远的修道院。圣凯瑟琳修道院的图书馆数恐怕是世界上现存最古老的图书馆之一,保存了3000多册手抄善本书,这里还有最古老的羊皮手抄《圣经》译本,这本“奈西山抄本”比“梵蒂冈抄本”还古老,写于公元4世纪中叶。
基于高光谱摄像的蓝景系统,一个由学者和研究人员组成的慈善组织“早期手稿电子图书馆”成立了,他们致力于世界各地的数字化和保存珍贵的手稿,当下正在研究圣凯瑟琳修道院图书馆中珍藏的120个手抄善本。博伊兹顿已经帮助这个组织建立了高光谱摄像系统,这将帮助研究人员发现重要的文本。
在此期间,研究人员已经研究出了更多、更现代的高光谱成像技术的应用。研究人员弗兰斯指出,环境保护主义者从积累的图像数据,以评估对这些文物的保存技术是否可行——它可以显示老化或损坏的早期迹象,以通过调整环境避免其情况恶化。对于保护主义者来说,重要的是,这样的研究并没有将珍贵的历史文本暴露于过度的光线下,“我们秉承图像中的‘希波拉底誓言’:不伤害”,博伊兹顿说。因为在这么窄的波段拍摄多张图像,高光谱相机照射的光比传统的高分辨率成像系统低1000倍。
“慧眼”探历史
在美国国会图书馆,研究人员正在研究葛底斯堡演说的副本之一——有些人认为这份是亚伯拉罕·林肯在1863年的讲话时用的原本——一个圆形旋涡状的图案出现在屏幕上。研究人员目不转睛地看着,想确认这个“149岁”的指纹是否属于第16任总统。这个发现促使了进一步的研究——通过其他文件上的指纹来比较来确认它是否属于林肯总统的指纹(最近的调查结果尚未公布)。
100多年以前,在古埃及的奥斯莱卡,考古人员发现了一堆难以辨认的纸莎草纸。最近,英国牛津大学的研究人员通过远红外技术揭开了这些被称为埃及奥斯莱卡浦草纸古卷的文物,意味着几百部遗失的古希腊喜剧、悲剧和史诗即将重现天日,新的成像方法也借给研究者一双“慧眼”,让他们从一首诗中发现了特洛伊战争起源的新细节。
对于悠久历史的发现才刚刚开始,影像技术带来了新的可能,没有人能预料到人们通过高光谱成像技术会有多少重要发现。