[發明專利]采用Photoshop與MATLAB軟件分析壁畫表面形貌變化的方法

在審

• 申請號: 201710082864.6
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN107064153A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 王菊琳;徐樹強;張逸東
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01B11/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張立改

技術領域

本發明涉及一種壁畫表面形貌變化的分析方法，尤其涉及一種采用Photoshop與MATLAB軟件分析壁畫表面形貌變化的方法，屬于壁畫表面形貌變化的分析技術領域。

背景技術

壁畫是墻壁上的藝術，即直接畫在墻面上的畫。作為建筑物的附屬部分，它的裝飾和美化功能使它成為環境藝術的一個重要方面。壁畫為人類歷史上最早的繪畫形式之一，在古代，壁畫多作于石窟、墓室或是寺觀的墻壁上。壁畫不僅具有藝術與觀賞價值，還具有歷史價值與科學價值。以敦煌莫高窟壁畫為例，窟內有2000余身精美生動，造型各異的佛教塑像與精美絕倫的壁畫，壁畫和塑像的內容主要以佛教為主，還包括一定年代內對都城、出征等歷史的寫實部分，為人們研究歷史提供了重要史實資料，此外洞窟的開鑿與壁畫的繪制也是古代人類智慧的結晶。1961年，莫高窟成為建國以來第一批國家重點文物保護單位之一，在1987年，被列為世界文化遺產，具有重要的文物保護價值。

莫高窟壁畫是典型的多層結構，由砂礫巖支撐體、地仗層(粗泥層與細泥層)、底色層(白粉層)、顏料層組成。多層壁畫結構由于組成材料的性質不同，材料間和層間可能有兼容性問題，從而導致壁畫的病害；而且制作材料多為多孔材料，由于其孔隙較大，在水分和可溶鹽的作用下，很容易導致其結構的破壞。經歷了上千年自然環境的作用，雖然受到國家的大力保護，莫高窟壁畫上仍然產生了大量病害。其中最典型的為酥堿病害與皰疹病害，酥堿是壁畫地仗中的可溶性鹽，隨著環境濕度變化，不斷地溶解和結晶，從而導致地仗膨脹、收縮的反復作用使壁畫地仗結構破壞而產生的疏松狀態。酥堿是敦煌莫高窟壁畫病害中最常見，易反復，難修復的病害，是一種典型的活動性病害，有人稱酥堿病害為壁畫的“癌癥”，此類病害對壁畫的危害極大。

為了加深對壁畫病害發展的認識，控制并防止莫高窟壁畫各類病害的發生，研究者們設計并對莫高窟實施了許多實施監測措施。然而大多數的監測措施只是對室內的溫、濕度，二氧化碳，人流量，風速，空氣質量等進行監測，缺乏對病害發展趨勢的實施監測，目前對壁畫病害的觀測主要通過肉眼或者相機進行定時觀察，從宏觀、定性角度進行描述，存在諸多主觀性，難以量化和比較各處病害程度及發展速率。對壁畫病害程度進行定量監測和評價往往存在一定的難度，但確是非常重要的，需要投入大量人力物力進行鉆研。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于壁畫表面形貌變化的分析方法，通過該分析方法對壁畫表面變化進行實時監測，將得到的壁畫表面變化監測結果與壁畫的病害發展情況結合起來，闡釋壁畫表面病害發展趨勢與規律，為控制壁畫病害發生與發展提供理論依據和數據基礎。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：包括以下步驟：

(1)對壁畫表面形貌每隔一定時間進行同一位置跟蹤拍照，或不同條件下的壁畫進行同一位置跟蹤拍照；

(2)用Photoshop和MATLAB軟件對數碼照片進行分析，提取相關數據并進行計算，得到壁畫表面形貌的量化分析結果，由量化數據判斷病害發生了明顯或微小的變化。

其中對實驗室模擬壁畫表面形貌拍照時，樣品應放置在固定的實驗臺上，在樣品上方同一平面每隔固定角度放置一盞功率為1.1w的實驗燈，并保證日光、照明光線不造成樣品拍照時光照度差異。對第一次拍照時樣品的位置、實驗臺的位置、燈的位置進行標記，保證后續每次拍攝位置不變。用三腳架將數碼相機固定并垂直于樣品表面拍照，鏡頭到樣品表面的距離固定為9cm，采用微距拍攝模式，保證每次拍照的參數一致。

其中步驟(2)首先將初始時間或初始條件下拍的數碼照片采用Photoshop軟件處理得到灰度圖像，再用MATLAB處理得到一個在雙精度數值范圍內的紋理圖像、對底部紋理生成粗略遮罩、邊緣進行平滑處理、以及使用紋理濾鏡等手段后，得到試樣表面三維形貌圖，并對三維圖進行編號并設定標尺，隨后對圖片垂直軸的數據進行提取，參與后續的量化計算；

采用上述方法對不同時間不同條件下的壁畫進行分析；然后與初始時間或初始條件下拍的數碼照片進行比較，判斷是否發生了變化以及破壞程度。

其中進一步得到的三維圖的圖片垂直軸的數據反映出試樣表面的孔洞、突起等形貌的量化值。每個像素點對應著一個數值。

本發明的有益效果是：采用Photoshop和MATLAB軟件對壁畫表面形貌的數碼照片進行相關處理后，可以將宏觀的數碼照片轉換成微觀形貌變化的量化數值，從而獲得壁畫表面病害的發生與發展信息。

附圖說明