炳灵寺石窟，位于甘肃省临永靖县西南约52公里处黄河北岸的大寺沟内，是丝绸之路自中原地区进入河西走廊、连接青藏高原的交通节点上一处重要的石窟寺。 炳灵寺石窟开创于十六国西秦时期，甚至更早。385年，鲜卑族首领乞伏国仁联合汉族权贵在苑川（今甘肃榆中境内）建立西秦政权，后不断发展壮大，逐渐占据金城、陇西、河州（今临夏）等地。412年，西秦第三代王乞伏炽磐迁都枹罕（今临夏附近），统治秦、河两州达数十年之久。当时的西秦王室崇信佛教，曾请各方高僧入其境内讲经说法、翻译佛经、修建寺院、开窟造像。在统治阶层的大力扶植下，佛教在西秦国内日益兴盛，逐渐成为丝路南道上北方地区重要的佛教中心之一，不断受到西渐东流的佛教思潮影响。炳灵寺作为西秦境内的佛教胜地，也在此时进入营窟造像的第一个高峰期。现存第169窟6龛内的西秦建弘元年（420年）墨书题记，是我国石窟中现存最早的佛教造像的纪年题记，成为我国早期石窟的断代标尺。
北魏统一北方后，兴起在山西大同地区的平城佛教艺术传到炳灵寺，进一步促进了，炳灵寺佛教艺术的发展。唐朝社会安定，经济发达，佛教的发展也达到了空前的高涨。此时，不仅丝绸之路更加畅通无阻，而且还开通了自都城长安至吐蕃之间的唐蕃古道。这两条著名的文明古道在炳灵寺附近交汇，是炳灵寺的佛教造像达到了历史的巅峰。 据统计，炳灵寺石窟现存窟龛造像中，三分之二以上为唐代作品。
元明时期藏传佛教兴盛，受唐蕃古道便利条件的推动，地处汉藏交界的带的炳灵寺深受藏传佛教的影响，藏传佛教开始入主炳灵寺，对许多早期洞窟内的壁画进行了重绘，雕刻了大量的浮雕舍利塔，其宗教活动范围又向大寺沟内部扩展至上寺和洞沟区，使炳灵寺的石窟艺术走向唐朝以来第四次全新的高峰。
炳灵寺石窟历经西秦、北魏、西魏、北周、隋、唐、宋、西夏、元、明、清等十余个朝代的持续营建，现有大小窟龛216个，主要分布于上寺、下寺、洞沟三个区域。其中下寺区是窟龛最为集中和精华所在区，共有窟龛195个。 1951年9月，著名学者冯国瑞先生对炳灵寺石窟进行了初步考察。1952年9月，中央文化部和西北文化部抽调各方面专家，组成一支13人的炳灵寺石窟考察团，赴炳灵寺进行了第一次正式勘察。1955年5月，成立了专门的保护机构。1961年3月4日，炳灵寺石窟被国务院公布为第一批全国重点文物保护单位。2006年，下寺区被列入世界文化遗产预备名单。2013年10月18日，接受了世界教科文组织专家现场的考察评估。2014年6月22日， 被列入世界文化遗产名录。
自近代以来，石窟所在的河州地区各种矛盾叠起，战乱频繁，局势动荡不安。炳灵寺石窟受到严重创伤，许多洞窟及精美雕塑艺术品毁于兵燹，贯通于崖壁各层洞窟间的木构栈道、唐代大佛前的佛阁，及密布于大寺沟内外的殿堂、阁楼、栈道等寺院建筑均被付之一炬。 在战乱中，许多难民和僧人躲藏在窟内，在里面祭拜烧香、生火做饭致使石窟里的造像和精美壁画被严重熏黑变色，看不清原来的样貌。
炳灵寺第146窟概况
炳灵寺石窟，始建于西秦建弘元年(公元420年) ，从十六国时代起,历经北魏、北周、隋、唐、宋、元、明各代，已有一千六百多年的历史。西秦建都临夏期间，国王御驾亲临石窟，挥毫题词，真迹尚存于岩壁之上。自公元420年凿窟起到宋代,石窟对汉传佛教、净土宗、华严宗和禅宗的影响较大，元末明初，藏传佛教中的黄教（格鲁派）传入炳灵寺。炳灵寺石窟在承袭前代民问艺术的基础上，吸收和融合外来佛教艺术，以崭新的姿态、简洁的手法，创造了生动的雕塑形象和绘画艺术，具有十分重要的研究价值，也有助于后人对佛教文化的认识和理解。
位置： 145窟北侧。
时代：北周。明重绘。
形制：平面呈方形，覆斗形顶，正壁及左右壁开龛（单壁单龛）。
尺寸：窟高3.29米，宽2.74米，深2.86米。窟门高1.76米，宽1.5米。
造像内容：窟内雕叁世佛并胁侍菩萨共9身像。正壁龛内方台上雕一结跏趺坐佛二菩萨，佛高1.36米，二胁侍菩萨高1.27米。南壁前龛内方台上雕一结跏趺坐二菩萨。北壁前龛内雕一结跏坐佛二菩萨。南壁浅龛内佛高1.40米，东侧菩萨已毁。两侧菩萨高1.27米。北壁浅龛内佛高1.40米，二菩萨均高1.27米。
壁画内容：窟顶四披壁画，四壁壁画背为千佛。明代重绘壁画。藻井壁画为坛城图。题记：重修古刹灵岩寺碑记石碑阳刻
保存现状：此窟正、南龛佛像皆双领下垂式袈裟，佛像伟岸，面相较丰圆，佛头微向前倾。北龛佛像应为后代修补。菩萨戴花冠，上身裸，着缨络，披巾沿肩下垂，巾角外扬。手持物不明。
备注：至今存放着1967年搬入的第16、90、133窟中的壁画。在受自然和人为的双重因素影响下，壁画、塑像产生了烟熏覆盖，壁画和塑像已经到了看不清的状态。
炳灵寺第146窟病害调查
炳灵寺石窟是中国历史上最重要的石窟寺之一，由于各种天气地质原因，炳灵寺石窟受到了多次的损害。
如不可抗拒的暴雨、洪涝、地震等一些极端气候的影响，许多佛造像受到损毁，石窟墙体破裂，墙壁脱落等。还有许多人为的破坏，其中最常见的是烟熏，人们长时间在石窟里祭拜燃烧香火，也有发现牧民在石窟里生火做饭的痕迹，石窟里的彩绘石雕造像，墙壁上的精美壁画被烟熏过后看不清原来的样貌。
146窟高3.29米，但进深仅2.8米左右，壁画基本被烟熏黑，由于壁画和塑像都是泥质的，在没有任何防护措施的条件下，即便是修复好的壁画和塑像也将很容易遭受自然因素的破坏。因此使用红外线提取146 窟壁画的保护显得十分必要。
环境监测数据表明，炳灵寺夏季的平均温度高且温差大，相对湿度从春季到秋季逐渐增加，整体相对湿度维持在一个较高的水平；从 1月到4 月平均相对湿度大幅度下降。炳灵寺年均降雨量300多mm。炳灵寺石窟所在大寺沟内的风向主要集中在 150°到200°之间，以从沟口吹进的东南风和西南风为主，年平均风速在1米每秒左右，最大风速年平均在 6米每秒左右。这些环境因素对 146窟壁画和塑像的长期保存十分不利，尤其是在146窟的壁画和塑像已经出现了被烟熏的情况下，更加加速了壁画、塑像的风化、褪色和脱落。146窟的数字化及保护修缮工作已到了刻不容缓的地步。首要处理的是壁画红外线的高精度影像数据提取。
由于受自然和人为因素的影响，壁画病害种类多；塑像损毁较严重，据初步调查，壁画几乎被烟熏，初看只有黑乎乎的碳覆盖在表面，壁画内容都看不清了；壁画裂缝及病害如起甲、空鼓、脱落已经表现得十分严重且处于不稳定的状态。
初步调查显示，炳灵寺石窟受到损害有：
础.不可抗拒的暴雨、洪涝、地震等一些极端气候的影响
叠.石窟崖壁渗水
颁.石窟崖体裂隙与危岩危石
顿.底层窟龛潮湿、酥碱
贰.窟前泥沙淤积
贵.石窟墙体破裂，墙壁脱落
骋.烟熏
贬.害虫引起的虫蛀
滨.蜘蛛网
炳灵寺已列入我国“丝绸之路世界文化遗产”，这对炳灵寺的展示要求将进一步提升。146窟毗邻大佛，位于大佛的南侧。该窟被烟熏的壁画既对保护不利也有碍于参观展示，对 146窟壁画的数字化保护修复十分必要且紧迫。
炳灵寺石窟状况调查方法
按照中华人民共和国文物保护行业标准 《古代壁画病害与图示》、《古代壁画现状调査规范》的要求,对第146窟壁画塑像保存现状进行了详细的调査, 并绘制病害示意图。
采用佳能5D mackIII相机、专业摄影闪光灯,对第146窟壁画塑像进行拍照记录壁画现状,并为现状调査和其他保护工作提供详实的第一手资料。拍摄时采用色标卡矫正,选择合适曝光和色值。
现场调査中，对保护修复方案所涉及壁画的保存现状进行了详细调査。为了准确、直观、真实反映壁画修复前的状况,使用AutocAD 软件并以拍摄的数字照片为底图,按照调査标准,手工绘制完成壁画病害图。
炳灵寺146窟状况调查结果
现场调查显示，炳灵寺石窟146窟壁画颜料层起甲、脱落病害分布主要在佛龛两侧，地仗层脱落主要在佛龛下部及藻井西面。烟熏的面积较大，共计约33.4尘?，许多壁画及塑像已被熏黑。
南壁：
颜料层起甲：分布在南壁佛龛左侧和右侧。
地仗层脱落：佛龛下方地仗层及颜料大部分脱落。
烟熏范围：南壁佛龛以上大面积烟熏严重，基本看不清壁画内容。
佛龛裂隙：主要在佛龛右侧。
塑像残损：佛龛中部塑像右侧胎体断裂。
北壁：
壁画烟熏：北壁中间塑像上半部分烟熏严重。壁画左侧及底部烟熏严重。
地仗层脱落：佛龛下方地仗层及颜料大部分脱落。
颜料层起甲：分布在北壁佛龛左侧和右侧。
西壁
壁画烟熏：塑像面部分烟熏严重。壁画左侧及上部烟熏严重。
颜料层起甲：分布在西壁佛龛左侧和右侧及塑像。
颜料层起甲：分布在西壁佛龛左侧和右侧。
顶部壁画
地仗层脱落：藻井西侧地仗脱落。
壁画烟熏：藻井壁画烟熏严重，基本看不清壁画内容。
贰.东壁壁画
炳灵寺146窟壁画其他状况：
窟壁画起甲、石胎风化、石胎裂隙、烟熏局部、划痕局部细节、酥碱问题严重
总结：
四面窟壁及藻井均被烟熏，看不清壁画内容，西壁及北壁的塑像也被烟熏，看不清塑像上的图案纹理。
烟熏面积统计：
146窟壁画及塑像被烟熏面积总共约33.4尘?。
经过前期调查研究，造成146窟严重烟熏的原因主要是早年人们在石窟里进行祭拜活动，焚烧的香纸产生的烟长期对壁画的熏烤造成。及解放前牧民在窟里生火做饭，焰火将石窟上的壁画及藻井熏黑。在烟熏最严重的地方藻井及南壁烟熏覆盖得厚度已经把墙壁上的壁画完全覆盖，肉眼已经不能判断黑色的烟熏痕迹下是否有壁画。石窟里的彩绘石雕造像，墙壁上的精美壁画被烟熏过后看不清原来的样貌。
炳灵寺运用传统工艺，采用传统材料，对濒危的造像和壁画进行维修、保护，对有依据的造像、壁画实施对接、回帖，现已完成十个洞窟的修复保护工作。但是被烟熏过的壁画已经看不清原来的样貌，无从下手修复。
对第146窟试点采集流程
应炳灵寺石窟艺术研究所的邀请，广州汉阈数据处理技术有限公司在炳灵寺石窟中选择146窟进行测试，该窟是众多烟熏石窟中，被烟熏覆盖得最为严重且目前已经看不清原本的样貌。
这次炳灵寺石窟壁画的红外采集测试项目，炳灵寺与广州汉阈数据公司都非常地重视，不仅带来了俱全的先进设备，还邀请了清华大学美术院的李教授作为测试项目的技术顾问，李教授在红外采集方面有着丰富经验，曾经研究采集过许多的古籍，竹简，壁画的多光谱影像数据。
红外线穿透烟熏提取壁画影像测试前期准备
础.炳灵寺工作人员对146窟壁画做了表面的清理工作，减少对采集过程中的干扰。
叠.架设好红外设备，以便它能捕捉到人的肉眼看不到的影像。
颁.利用红外线波长对绝大多数物质具有穿透力的特性，我们选择性地使用其红外线作为采集光源。
顿.采集过程中由于不同的光源发射出来的红外线波段长度不同，还有不同物质能被红外穿透的程度也有不同，需根据实际情况测试不同波段的采集效果，并备选了不同的红外滤镜为146石窟环境所用。
红外线穿透烟熏提取壁画影像采集流程（试点）
为了更好地保护146窟壁画艺术，并能够科学、有效、无损害地修复壁画，炳灵寺与汉阈公司决定在进行全面修复项目之前，在146窟进行试点采集测试。
在146窟我们选择了一处被烟熏的看不清模样的壁画进行红外采集测试。我们将设备架好，架设灯光并对准要拍摄主体，连接好电脑以便观察采集效果，然后开始进行影像采集。这个过程中最主要的步骤是需要根据采集的效果，根据不同的光源发射出来的红外线波段的不同长度，以及不同物质能被红外穿透的不同程度，来决定不同波段的红外滤镜哪个更合适这个环境所用。
近年来，科学技术突飞猛进地发展，高科技技术和设备广泛运用于文物保护中，取得了可喜的成果。用红外线穿透摄影技术来辨识被烟熏的壁画，就是成果的一例。中山大学媒介人类学研究中心与甘肃炳灵寺文物保护研究所对炳灵寺石窟中烟熏较为严重的第146窟壁画进行了初步的实验和研究，取得了较为理想的成果。
红外线是什么、能做什么：
红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75微米至1000微米之间，比红光长的不可见光。红外线具有较强热效应，并易于被物体吸收，具有一定的穿透能力。在通讯、探测、医疗等方面有广泛的用途。
红外线摄影对炳灵寺石窟（146窟烟熏洞窟）意义：
由于红外线波长长，对绝大多数物质具有穿透力。利用这一特性我们就可以通过红外线做为光源，通过能拍摄到红外线的广域数字后背进行影像采集，再加上红外滤镜，过滤掉其他波段的光波干扰。就能得到被烟熏过的壁画后面的信息。这对炳灵寺石窟的壁画修复，考古研究，绘画技艺，宗教艺术等方面的研究有着非常重大的意义。
146窟红外线摄影案例与流程：
应炳灵寺石窟艺术研究所的邀请，‘中国宗教艺术遗产调查与数字化保存整理研究’子课题负责人付常青及广州汉阈数据处理技术有限公司非常重视这次红外线摄影测试，不仅带来了俱全的高科技设备，还请了清华大学的李教授作顾问，李教授在红外线摄影方面有着丰富经验，曾经带领团队研究及应用红外线技术拍摄过多部古籍、竹简、壁画的多光谱影像数据。
在炳灵寺石窟艺术研究所工作人员的陪同下，我们带着设备来到了被烟熏覆盖得非常严重的146号石窟。这是一个唐代开凿的石窟，石窟内部面积约为7平方米、高约3米，叁面墙上有菩萨造像，四壁，藻井都画满了精美的壁画。但由于长时间的香火与烟熏，石窟的大部分壁画都已被熏黑，看不出黑色的烟熏痕迹下是否有壁画，或是画的是什么内容。
选用设备：
相机：贬补蝉蝉别濒产濒补诲503肠飞
镜头：Hasselblad 80mm
数字后背：Leaf Credo 60 广域数字后背
红外滤镜：贬别濒颈辞辫补苍滤镜（不同波段共10片）
相机脚架：骋颈迟锄辞骋1340
相机云台：惭补苍蹿谤辞迟迟辞410
灯光：全光谱闪光灯
电脑：MAC PRO苹果笔记本
工作现场：
在146窟我们选择了一处被烟熏的看不清模样的壁画进行红外测试。我们将相机架好，灯光对准要拍摄的地方，连接好电脑，然后进行拍摄。由于不同的光源发射出来的红外线波段长度不同，还有不同物质能被红外穿透的程度也有不同。所以我们要更换测试不同波段的红外滤镜以便找出最合适这个环境所用的。最后我们选择了波段610-1000苍尘波段红外滤镜，也拍摄得到了非常理想的效果。
多光谱（红外线影像）数据采集在壁画保护中是一种无损非接触的手段。红外线数字采集系统与图像分析系统的搭建，不同光照环境下的数字采集数据分析处理与整合，都是我们需要努力实现的工作；这次我们在炳灵寺石窟选取有代表性的146窟壁画在不同红外线波段环境下进行数据采集并记录过程数据，通过对石窟壁画的特征分析与所采集的数据进行图像的关联分析，寻找一个合适的红外波段数字影像（能明显获取到被烟熏下的壁画高清影像）与文物特征之间存在的关系，为石窟壁画保护的各项指标和特征的从定性研究到定量研究提供便捷的手段，为石窟壁画保护方法与评价实现量化评估提供科学有力的支持，从而为石窟壁画研究提供有力的证据。
自2000年以后，国家加强了对文物保护的力度，文物保护环境得到很大提高。然而以往受到保护环境的限制，温度、湿度控制，检测修复手段和方法的制约，使得许多文物存在霉菌、虫害、腐蚀等问题。而石窟寺内的壁画、彩塑等更是受损严重，当然现在炳灵寺石窟洞窟内的环境多已实现现代化手段管理，各类传感器、温湿度控制设备集成到统一的控制系统中，并且实现智能恒温恒湿调节、异常报警等功能。壁画病害的开始多半是肉眼无法辨识，大范围的控制和检测系统所不能预警的，文物保护修复人员根据以往的经验分析，对部分重点保护文物进行现状初步判断，再借助其他探测技术检查文物的物理与化学变化程度。传统的工作模式依靠技术人员的经验、各种不同物理仪器的检测得出结论，往往无法及早发现文物的受损，检测困难、周期长，而采用其他辅助材料进行壁画扫描和显微都对壁画造成了一定的伤害。
红外捕捉检测在航空、地质检测、安防等方面已有广泛应用，红外线捕捉、红外摄影在壁画保护中是一种无损非接触的手段，通过采集不同物质本身辐射出的红外波段，完成数字成像。这种方法采用现在发展迅速的数字技术成像，采用的设备较之传统的检测设备更具有普遍性和易用性。采用数字采集技术获得数据，可大大降低文物保护人员在壁画保护修复中前期检测鉴定所耗费的时间，解放人力把工作重心放在壁画修复中，这将在一段时间内大大提高壁画的被保护率。
红外线高精度影像采集所获得的数字影像与传统检测手段所获得数据有着本质区别，数字图像具有直观性、易保存，可管理的特点，是文物保护人员对肉眼无法辨识的文物变化的一个直观快速判断依据。结合计算机图像分析技术，记录壁画不同时间的影像数据可以定量分析文物的变化过程，可为壁画保护的各项指标和特征的从定性研究到定量研究提供便捷的手段，也为壁画保护方法与评价实现量化评估提供科学有力的支持。传统的壁画管理系统管理的信息一般由洞窟内容总录、平面图、顶面图、剖面图、二维影像组成，系统多半使用者是文物保管人员、陈列策展人员，进行壁画的红外线高精度影像采集所获得的影像数据将是炳灵寺石窟艺术管理所专业应用系统应用服务范围的一项补充。在此基础上建设的壁画保护、壁画研究等的业务辅助系统，将真正实现科学管理与业务流程相结合，现代科学技术运用到壁画保护与研究当中。
红外线高精度影像数据采集是在非可见光波段环境下拍摄，由于波长的差异拍摄焦点与以往文物摄影不同，需要前移和后移调整。壁画材质特殊，受光照条件影响明显，炳灵寺石窟壁画跨越的历史时期很长，采用的地仗层材料、绘画用的矿物颜料，甚至后来随着被烟熏的破坏演化，这叁者之间材质不易寻找共同特征，或需要结合多个关联特征进行实验数据分析。对壁画本身需要非常深入的了解，对修复技术与材料也需要全面的历史数据，多因素结合进行关联分析使得数据模型的选择，数据的筛选存在很大的难度。有效拍摄数据的界定需要一个定性到定量的标准，由于与传统的壁画高精度采集有很大的不同，影像采集的有效性不能以传统的自然光（或者无红外线、紫外线波段的闪光灯）照射下的图像质量标准来衡量，本次课题也是为红外线数字采集在壁画影像采集中寻找一个对于图像质量的评价标准。
国外博物馆早在90年代初便普遍开始对多光谱影像采集技术应用到文物的保护和研究当中，经由红外摄影技术获取油画的信息，由于不同时期颜料成分的差异，辐射的红外波段也同样存在差异，在人眼无法识别或者说是自然光下无法反映的影像信息，透过红外摄影展现于研究和保护人员面前。英国泰特现代艺术馆已建立起了平面藏品的多光谱影像档案系统，并应用于文物保护与研究当中。
国内敦煌研究院是图形图像技术发展领先、研究深入的代表，他们已对敦煌莫高窟第194窟漫漶壁画进行红外线、紫外线成像调查与分析，通过漫漶壁画多光谱成像，揭示服饰的研究。除此之外，还利用多光谱技术全面了解壁画的现状、绘画技法、壁画病害等。陕西历史博物馆将对将红外线、紫外荧光成像技术被应用到揭取壁画修复痕迹、壁画加固材料的鉴别中做了应用研究。
上述研究表明，红外线影像数据采集技术应用在石窟壁画保护中是完全可行的，但当今进行的研究多以揭取壁画、油画等颜料色彩厚度较大，材质较厚实的对象当中，其采用的仪器设备、操作模式、实验参数成果，应用到石窟壁画这类颜料被烟熏遮盖，绘画特征不明显的对象中，目前还没有特别成功的案例。此次我们对炳灵寺146窟烟熏壁画的红外线测试，可以看出石窟壁画的采集应根据其独有的材质和文物特征，有针对的采集方案进行红外线影像数字化，从而得到理想的红外线影像数据采集结果。
（课题组供稿）&苍产蝉辫;
