环境的变化和人类活动会导致壁画严重退化,烟熏是中国古代壁画最为常见的病害之一。高光谱成像技术可以在可见光到近红外范围内获取壁画的高光谱数据,为壁画数字化保护提供了一种科学、无损的方法。针对寺观壁画烟熏区域信息复原问题,本文充分利用高光谱影像波段丰富、近红外波段穿透能力较可见光强等优势,实现了重度烟熏壁画影像增强与信息提取。引入相关图像去雾方法,实现了轻度烟熏壁画影像复原,并利用图像修复算法对其中颜料层脱落病害进行虚拟修复,进一步提高了壁画的视觉效果。主要研究成果如下:（1）提出了一种重度烟熏壁画影像增强与信息提取方法。对于受烟熏污染严重,图案难以辨认的重度烟熏壁画高光谱影像。首先,通过辐射校正、目标区域剪裁与数据降噪预处理,以限制图像噪声、提高后续处理精度。然后,利用最小噪声分离变换减少壁画中的烟熏与划痕特征,增强图案信息。通过分析壁画背景与图案的平均光谱曲线,选择差异最大的特征波段进行图像差值运算,增强壁画图案。最后,对增强后的影像进行反射率变换,利用密度分割与形态学滤波提取出烟熏覆盖下的图案信息,增加壁画可读性与艺术表现力。结果表明,该方法实现了重度烟熏壁画影像增强与信息提取,并与常用的图像增强方法以及盲分离技术对比,表明该方法对于提高重度烟熏壁画影像视觉质量效果较好。（2）提出了一种轻度烟熏壁画影像复原方法。对于烟熏程度较轻,画面整体偏暗的轻度烟熏壁画高光谱数据。首先,通过辐射校正、波段剪裁与最小噪声分离变换,得到去噪后的反射影像。其次,根据近红外波段在一定程度上可提供表层物质覆盖下的信息,有助于烟熏去除的优势,从反射影像中选择近红外波段,与绿色和蓝色可见光波段,合成假彩色影像,并以真彩色影像为基准对假彩色影像进行分块直方图匹配,得到烟熏壁画影像,用于后续烟熏壁画复原。再次,基于大气散射模型,利用暗通道先验方法,通过调整图像亮度,初步去除壁画影像中的烟熏。最后,根据Retinex方法,利用双边滤波,最终实现烟熏壁画影像复原。结果表明,与同态滤波和高斯拉伸方法相比,本研究方法复原后影像在方差、平均梯度、信息熵与灰度对比度等方面都有明显优势,且在边缘、色调和结构的综合评价中得分最高。因此,该方法能有效减少烟熏对壁画图案的影响,提高壁画视觉质量。（3）提出了一种颜料层脱落病害虚拟修复方法。对于轻度烟熏壁画影像背景处的颜料层脱落病害。首先,利用支持向量机分类方法与形态学滤波中的膨胀运算提取并扩大壁画背景处的颜料层脱落病害区域,得到待修复区域。然后,对初步去烟熏后的影像,利用Criminis图像修复算法对待修复区域进行分块虚拟修复。最后,再通过双边滤波Retinex方法进行烟熏壁画复原,并将复原后影像拼接,进一步提高壁画复原的视觉效果。结果表明,该方法可以实现颜料层脱落病害的虚拟修复与烟熏壁画复原,一定程度上重现壁画原貌,再现原作风采。因此,本研究实现了重度以及轻度寺观壁画烟熏区域的信息复原,提升了古壁画的内涵与艺术表达效果,增加了其流通展示能力,并可为其保护修复与研究提供科学的参考。与此同时,本文也存在一些值得深入研究或改进的内容:（1）由于不同物质的光谱曲线不尽相同,在重度烟熏壁画影像增强与信息提取过程中,仅针对单一背景图案进行了增强与提取。应考虑当影像中存在较多物质或目标与其他物质光谱差异较小时,如何实现视觉增强与信息提取。（2）虽然烟熏的形成与表现形式与云雾较为相似,但还是有所差别。因此需要进一步研究更适用于烟熏壁画的辐射透射模型,从而更有效的实现烟熏壁画的复原。另外,如何鲁棒的修复壁画中颜色丰富与纹理复杂的图案,从而更好的复原壁画原貌,也是值得深入研究的内容。