在敦煌莫高窟的一座洞窟內(nèi)，一臺高精度相機自動定位、精準對焦。電腦屏幕上，壁畫表面被不斷放大，一個僅0.1平方毫米的微小皰疹狀病害，清晰地呈現(xiàn)在眼前。

這采用了一項前沿的時空智能感知技術(shù)，源自“面向復雜文物場景的時空智能視覺感知關(guān)鍵技術(shù)及應用”——天津大學教授馮偉團隊，協(xié)同敦煌研究院、故宮博物院、天津恒達文博、武漢大勢智慧等文博領(lǐng)軍單位歷經(jīng)十余年聯(lián)合攻關(guān)的項目成果。借助這項技術(shù)，在肉眼難以察覺的微觀世界里，文物表面每一次細微的膨脹、每一絲紋理的變遷，都被如實地記錄下來。由此，團隊能夠在復雜多樣的場景中，準確捕捉文物的緩慢演變，為文物保護提供可量化、可追溯的科學依據(jù)。

4月20日，天津發(fā)布2025年度天津市科學技術(shù)獎，該成果榮獲技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

物理復現(xiàn)：讓文物變化“看得見”

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

據(jù)統(tǒng)計，在全國76.7萬處不可移動文物、1.08億件（套）館藏文物中，有相當一部分存在不同程度的損失。而文物劣化是一個長周期、極其緩慢的過程，傳統(tǒng)監(jiān)測手段難以精準捕捉。

“文物劣化具有很強的隱蔽性，我們必須從最細微的變化入手，制定有針對性的保護措施，防患于未然。”馮偉說。

最大的技術(shù)挑戰(zhàn)來自如何區(qū)分文物的真實變化與拍攝條件差異造成的“偽變化”：不同時間拍攝的照片，相機位置哪怕有幾毫米偏差，光照角度稍有不同，都會導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病害混為一談。

為此，團隊開創(chuàng)性地提出“物理復現(xiàn)”技術(shù)，通過視覺導航，讓相機和光源在不同時間拍攝時，自動回到完全相同的位置和姿態(tài)?！熬拖裨谕粋€位置、用同一束光、同一個角度反復觀察文物?！瘪T偉介紹，通過這一方法，能檢測到0.18平方毫米的細微變化，比一根頭發(fā)絲還細。

值得一提的是“數(shù)字鏡頭”技術(shù)。針對歷史照片，團隊通過構(gòu)建深度學習技術(shù)，僅憑一張百年前的老照片和幾張當前圖像，就能自動模擬出“虛擬鏡頭”，讓現(xiàn)代相機“穿越”回當年。法國漢學家伯希和在百年前留下的歷史影像，如今即可通過這項技術(shù)與現(xiàn)代圖像進行細致比對?！斑@是國際上第一次做到讓相機‘穿越’百年進行原位比對?！瘪T偉告訴記者。

在敦煌莫高窟，這項技術(shù)已持續(xù)應用十多年，覆蓋數(shù)百個點位、數(shù)十個洞窟，形成常態(tài)化年度監(jiān)測。這些數(shù)據(jù)為莫高窟的精細化管理提供了關(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“物理復現(xiàn)”解決了時間維度上的精準監(jiān)測問題，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景中，文物分布廣闊、結(jié)構(gòu)復雜，多相機、多角度、多時段的觀測需求交織疊加。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)拼接更是需要耗費大量人力。

“我們提出了一種無標定的協(xié)同方式，讓多個相機、無人機在互不知曉位置的情況下，通過空間分布關(guān)聯(lián)實現(xiàn)自動協(xié)同?！眻F隊成員、天津大學計算機科學與技術(shù)學院副研究員張乾介紹。

“不同設(shè)備拍攝尺度不同、角度不同，比如高空相機拍整體、地面設(shè)備補細節(jié)、移動設(shè)備抓紋理，系統(tǒng)會通過算法自動整合，快速完成高精度三維建模?！贝髣葜腔鄱麻L、武漢大學教授黃先鋒補充說。

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

“文物保護不是孤立的，它需要感知、分析、利用的全鏈條協(xié)同?！瘪T偉說。為此，團隊構(gòu)建起覆蓋微觀到宏觀尺度的文物本體態(tài)勢量化感知裝備體系，并研制出面向復雜文物場景的時空智能一體化服務云平臺。從固定式高精度監(jiān)測設(shè)備，到部署在智能手機端的巡查應用，即便在無電、無網(wǎng)的偏遠山區(qū)或洞窟深處，工作人員也能手持手機完成巡查式監(jiān)測。

十余年深耕，該項目已授權(quán)發(fā)明專利35項，技術(shù)成果服務全國21個省份、70多家文化遺產(chǎn)地和博物館，成功應用于文物本體量化監(jiān)測、高精度建模、修復量化評估等核心業(yè)務。

“文物監(jiān)測只是起點?！瘪T偉表示，他們希望利用時空智能技術(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）