时空智能感知技术为千年文物“把脉”

　　在敦煌莫高窟的一座洞窟内，一台高精度相机自动定位、精准对焦。电脑屏幕上，壁画表面被不断放大，一个仅0.1平方毫米的微小疱疹状病害，清晰地呈现在眼前。

　　这采用了一项前沿的时空智能感知技术，源自“面向复杂文物场景的时空智能视觉感知关键技术及应用”——天津大学教授冯伟团队，协同敦煌研究院、故宫博物院、天津恒达文博、武汉大势智慧等文博领军单位历经十余年联合攻关的项目成果。借助这项技术，在肉眼难以察觉的微观世界里，文物表面每一次细微的膨胀、每一丝纹理的变迁，都被如实地记录下来。由此，团队能够在复杂多样的场景中，准确捕捉文物的缓慢演变，为文物保护提供可量化、可追溯的科学依据。

　　4月20日，天津发布2025年度天津市科学技术奖，该成果荣获技术发明奖一等奖。

　　物理复现：让文物变化“看得见”

　　在故宫太和殿的梁枋上，彩绘正经历着肉眼难辨的细微霉变;在敦煌莫高窟的洞窟深处，壁画色彩以每年数微米的速度缓慢褪去。这些不易察觉的变化，为文物保护工作出了一道道难题。

　　据统计，在全国76.7万处不可移动文物、1.08亿件(套)馆藏文物中，有相当一部分存在不同程度的损失。而文物劣化是一个长周期、极其缓慢的过程，传统监测手段难以精准捕捉。

　　“文物劣化具有很强的隐蔽性，我们必须从最细微的变化入手，制定有针对性的保护措施，防患于未然。”冯伟说。

　　最大的技术挑战来自如何区分文物的真实变化与拍摄条件差异造成的“伪变化”：不同时间拍摄的照片，相机位置哪怕有几毫米偏差，光照角度稍有不同，都会导致微观层面的显著图像差异。传统算法往往将这些外部因素与真实病害混为一谈。

　　为此，团队开创性地提出“物理复现”技术，通过视觉导航，让相机和光源在不同时间拍摄时，自动回到完全相同的位置和姿态。“就像在同一个位置、用同一束光、同一个角度反复观察文物。”冯伟介绍，通过这一方法，能检测到0.18平方毫米的细微变化，比一根头发丝还细。

　　值得一提的是“数字镜头”技术。针对历史照片，团队通过构建深度学习技术，仅凭一张百年前的老照片和几张当前图像，就能自动模拟出“虚拟镜头”，让现代相机“穿越”回当年。法国汉学家伯希和在百年前留下的历史影像，如今即可通过这项技术与现代图像进行细致比对。“这是国际上第一次做到让相机‘穿越’百年进行原位比对。”冯伟告诉记者。

　　在敦煌莫高窟，这项技术已持续应用十多年，覆盖数百个点位、数十个洞窟，形成常态化年度监测。这些数据为莫高窟的精细化管理提供了关键决策支撑。

　　广域自由协同感知：高效构建数字底座

　　如果说“物理复现”解决了时间维度上的精准监测问题，那么“广域自由协同感知”技术则攻克了空间维度上的高效建模挑战。

　　在云冈石窟、兵马俑坑等大遗址场景中，文物分布广阔、结构复杂，多相机、多角度、多时段的观测需求交织叠加。传统方法面临两难困境：要么牺牲精度，粗略扫描大场景;要么局限局部，高精度建模小物体，而后期数据拼接更是需要耗费大量人力。

　　“我们提出了一种无标定的协同方式，让多个相机、无人机在互不知晓位置的情况下，通过空间分布关联实现自动协同。”团队成员、天津大学计算机科学与技术学院副研究员张乾介绍。

　　“不同设备拍摄尺度不同、角度不同，比如高空相机拍整体、地面设备补细节、移动设备抓纹理，系统会通过算法自动整合，快速完成高精度三维建模。”大势智慧董事长、武汉大学教授黄先锋补充说。

　　这项技术的效率提升令人惊叹，对诸如云冈石窟这种大型遗址的三维建模任务效率提升超过10倍，能够实现大遗址复制级别的数字化重建。

　　“文物保护不是孤立的，它需要感知、分析、利用的全链条协同。”冯伟说。为此，团队构建起覆盖微观到宏观尺度的文物本体态势量化感知装备体系，并研制出面向复杂文物场景的时空智能一体化服务云平台。从固定式高精度监测设备，到部署在智能手机端的巡查应用，即便在无电、无网的偏远山区或洞窟深处，工作人员也能手持手机完成巡查式监测。

　　十余年深耕，该项目已授权发明专利35项，技术成果服务全国21个省份、70多家文化遗产地和博物馆，成功应用于文物本体量化监测、高精度建模、修复量化评估等核心业务。

　　“文物监测只是起点。”冯伟表示，他们希望利用时空智能技术，逐步为更多文物建立可量化的“健康档案”，为中华文明的永续传承提供科技支撑。