2005年,考古学家Jon Harman在参加一场关于岩画的会议时,意外获得了一个灵感来源:火星图像。其中一张显示了这颗行星人们熟悉的铁锈红色表面;另一张则采用NASA开发的方法,将火星地貌转化为一幅红、绿、黄相间的醒目马赛克,展现出惊人的细节。Harman立刻意识到,这项技术可以帮助研究人员研究世界上最古老的绘画。
应用与未应用去相关拉伸技术的火星表面图像。图片来源:NASA
这项技术被称为去相关拉伸(decorrelation stretch),用于增强数字图像中的对比度。它最初由NASA喷气推进实验室(JPL)的研究人员于1978年开发,旨在改进对高相关性遥感和卫星影像的解读。
“我用Google搜索了一下,找到了一篇解释该算法如何运行的NASA论文,”Harman在一份声明中表示。这位考古学家首先将它应用于自己在墨西哥下加利福尼亚州拍摄的岩画照片,结果在一张图像中发现了一个仿佛凭空出现的新黄色人物形象。“这让我确信了它的用处,”他说。
这个黄色形象出现在墨西哥下加利福尼亚州San Borjitas洞穴的这幅图像中。图片来源:Harman
从那时起,Harman便一直使用一款软件插件来增强数百幅古代岩画图像。
太空技术在地球上的应用
去相关拉伸并非简单地提高颜色之间的对比度,而是将原始颜色映射到一个不同的、扩展后的颜色范围。该技术基于Karhunen–Loève变换,这是统计分析中用于最大化能量压缩(即把信号的大部分信息集中到更少的分量中)的一种定理。
1978年,JPL数字图像处理小组的主管Jim Soha提出将Karhunen–Loève变换应用于数字图像以进行色彩增强。
随后在1996年,JPL小组的成员Ronald Alley改进了这一流程,使其更快、更准确。正是Alley的这篇论文,让Harman在最初采用该技术研究岩画时偶然发现。“总得有人把这个东西写成文档,用户才知道我们在说什么,”Alley在一份声明中说。
Harman现已退休,居住在加州Pacifica。他拥有伯克利的数学博士学位,并有医学影像方面的工作经验,这让他有信心能够弄懂这项技术。借助Alley的论文,Harman创建了用于增强数字图像的Dstretch软件插件。
揭开过去的面纱
这位考古学家成功地将去相关拉伸方法适配到岩画研究中。“我开始不断尝试,发现通过改变所使用的色彩空间,我在不同图像中都能获得不错的效果,”他说。
色彩空间是以数值表示的一定范围的颜色,例如屏幕设备常用的RGB色彩空间(红-绿-蓝)。Dstretch插件包含了多种自定义色彩空间,事实证明它们对Harman的岩画图像非常有效。
新加坡考古学家Noel Hidalgo Tan使用Dstretch插件,在柬埔寨吴哥窟寺庙群周围发现了200多幅褪色的绘画。图片来源:Noel Hidalgo Tan
考古学家已利用Dstretch在埃及Beni Hassan古墓群中发现了蝙蝠和猪的图像,揭示了古埃及艺术中罕见描绘的动物形象。在加拿大艾伯塔省的Writing-on-Stone省立公园,Dstretch揭示了一种可被视为早期涂鸦标记的形式:一幅骑士与马的岩画,据信是一位乌鸦族战士的“名片”,用来挑衅他的黑脚族敌人。
这款插件软件还在挪威西部Årsand 1遗址发现了约15个此前未被记录的形象,并为另外28个形象揭示了新的细节。“很多时候,没有人真正知道人们为何创作那些岩画,”Harman谈到他对古代绘画的痴迷时说,“而且那些符号相当奇怪。”