在敦煌莫高窟的一座洞窟內，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，清晰地呈現在眼前。

這采用了一項前沿的時空智能感知技術，源自“面向復雜文物場景的時空智能視覺感知關鍵技術及應用”——天津大學教授馮偉團隊，協同敦煌研究院、故宮博物院、天津恒達文博、武漢大勢智慧等文博領軍單位歷經十余年聯合攻關的項目成果。借助這項技術，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。

4月20日，天津發布2025年度天津市科學技術獎，該成果榮獲技術發明獎一等獎。

物理復現：讓文物變化“看得見”

在故宮太和殿的梁枋上，彩繪正經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。

據統計，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，傳統監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。

最大的技術挑戰來自如何區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，團隊開創性地提出“物理復現”技術，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。“就像在同一個位置、用同一束光、同一個角度反復觀察文物。”馮偉介紹，通過這一方法，能檢測到0.18平方毫米的細微變化，比一根頭發絲還細。

值得一提的是“數字鏡頭”技術。針對歷史照片，團隊通過構建深度學習技術，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與現代圖像進行細致比對。“這是國際上第一次做到讓相機‘穿越’百年進行原位比對。”馮偉告訴記者。

在敦煌莫高窟，這項技術已持續應用十多年，覆蓋數百個點位、數十個洞窟，形成常態化年度監測。這些數據為莫高窟的精細化管理提供了關鍵決策支撐。

廣域自由協同感知：高效構建數字底座

如果說“物理復現”解決了時間維度上的精準監測問題，那么“廣域自由協同感知”技術則攻克了空間維度上的高效建模挑戰。

在云岡石窟、兵馬俑坑等大遺址場景中，文物分布廣闊、結構復雜，多相機、多角度、多時段的觀測需求交織疊加。傳統方法面臨兩難困境：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，而后期數據拼接更是需要耗費大量人力。

“我們提出了一種無標定的協同方式，讓多個相機、無人機在互不知曉位置的情況下，通過空間分布關聯實現自動協同。”團隊成員、天津大學計算機科學與技術學院副研究員張乾介紹。

“不同設備拍攝尺度不同、角度不同，比如高空相機拍整體、地面設備補細節、移動設備抓紋理，系統會通過算法自動整合，快速完成高精度三維建模。”大勢智慧董事長、武漢大學教授黃先鋒補充說。

這項技術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，能夠實現大遺址復制級別的數字化重建。

“文物保護不是孤立的，它需要感知、分析、利用的全鏈條協同。”馮偉說。為此，團隊構建起覆蓋微觀到宏觀尺度的文物本體態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。從固定式高精度監測設備，到部署在智能手機端的巡查應用，即便在無電、無網的偏遠山區或洞窟深處，工作人員也能手持手機完成巡查式監測。

十余年深耕，該項目已授權發明專利35項，技術成果服務全國21個省份、70多家文化遺產地和博物館，成功應用于文物本體量化監測、高精度建模、修復量化評估等核心業務。

“文物監測只是起點。”馮偉表示，他們希望利用時空智能技術，逐步為更多文物建立可量化的“健康檔案”，為中華文明的永續傳承提供科技支撐。（記者 陳曦）