[发明专利]采用Photoshop与MATLAB软件分析壁画表面形貌变化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种壁画表面形貌变化的分析方法，尤其涉及一种采用Photoshop与MATLAB软件分析壁画表面形貌变化的方法，属于壁画表面形貌变化的分析技术领域。

背景技术

壁画是墙壁上的艺术，即直接画在墙面上的画。作为建筑物的附属部分，它的装饰和美化功能使它成为环境艺术的一个重要方面。壁画为人类历史上最早的绘画形式之一，在古代，壁画多作于石窟、墓室或是寺观的墙壁上。壁画不仅具有艺术与观赏价值，还具有历史价值与科学价值。以敦煌莫高窟壁画为例，窟内有2000余身精美生动，造型各异的佛教塑像与精美绝伦的壁画，壁画和塑像的内容主要以佛教为主，还包括一定年代内对都城、出征等历史的写实部分，为人们研究历史提供了重要史实资料，此外洞窟的开凿与壁画的绘制也是古代人类智慧的结晶。1961年，莫高窟成为建国以来第一批国家重点文物保护单位之一，在1987年，被列为世界文化遗产，具有重要的文物保护价值。

莫高窟壁画是典型的多层结构，由砂砾岩支撑体、地仗层(粗泥层与细泥层)、底色层(白粉层)、颜料层组成。多层壁画结构由于组成材料的性质不同，材料间和层间可能有兼容性问题，从而导致壁画的病害；而且制作材料多为多孔材料，由于其孔隙较大，在水分和可溶盐的作用下，很容易导致其结构的破坏。经历了上千年自然环境的作用，虽然受到国家的大力保护，莫高窟壁画上仍然产生了大量病害。其中最典型的为酥碱病害与疱疹病害，酥碱是壁画地仗中的可溶性盐，随着环境湿度变化，不断地溶解和结晶，从而导致地仗膨胀、收缩的反复作用使壁画地仗结构破坏而产生的疏松状态。酥碱是敦煌莫高窟壁画病害中最常见，易反复，难修复的病害，是一种典型的活动性病害，有人称酥碱病害为壁画的“癌症”，此类病害对壁画的危害极大。

为了加深对壁画病害发展的认识，控制并防止莫高窟壁画各类病害的发生，研究者们设计并对莫高窟实施了许多实施监测措施。然而大多数的监测措施只是对室内的温、湿度，二氧化碳，人流量，风速，空气质量等进行监测，缺乏对病害发展趋势的实施监测，目前对壁画病害的观测主要通过肉眼或者相机进行定时观察，从宏观、定性角度进行描述，存在诸多主观性，难以量化和比较各处病害程度及发展速率。对壁画病害程度进行定量监测和评价往往存在一定的难度，但确是非常重要的，需要投入大量人力物力进行钻研。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于壁画表面形貌变化的分析方法，通过该分析方法对壁画表面变化进行实时监测，将得到的壁画表面变化监测结果与壁画的病害发展情况结合起来，阐释壁画表面病害发展趋势与规律，为控制壁画病害发生与发展提供理论依据和数据基础。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括以下步骤：

(1)对壁画表面形貌每隔一定时间进行同一位置跟踪拍照，或不同条件下的壁画进行同一位置跟踪拍照；

(2)用Photoshop和MATLAB软件对数码照片进行分析，提取相关数据并进行计算，得到壁画表面形貌的量化分析结果，由量化数据判断病害发生了明显或微小的变化。

其中对实验室模拟壁画表面形貌拍照时，样品应放置在固定的实验台上，在样品上方同一平面每隔固定角度放置一盏功率为1.1w的实验灯，并保证日光、照明光线不造成样品拍照时光照度差异。对第一次拍照时样品的位置、实验台的位置、灯的位置进行标记，保证后续每次拍摄位置不变。用三脚架将数码相机固定并垂直于样品表面拍照，镜头到样品表面的距离固定为9cm，采用微距拍摄模式，保证每次拍照的参数一致。

其中步骤(2)首先将初始时间或初始条件下拍的数码照片采用Photoshop软件处理得到灰度图像，再用MATLAB处理得到一个在双精度数值范围内的纹理图像、对底部纹理生成粗略遮罩、边缘进行平滑处理、以及使用纹理滤镜等手段后，得到试样表面三维形貌图，并对三维图进行编号并设定标尺，随后对图片垂直轴的数据进行提取，参与后续的量化计算；

采用上述方法对不同时间不同条件下的壁画进行分析；然后与初始时间或初始条件下拍的数码照片进行比较，判断是否发生了变化以及破坏程度。

其中进一步得到的三维图的图片垂直轴的数据反映出试样表面的孔洞、突起等形貌的量化值。每个像素点对应着一个数值。

本发明的有益效果是：采用Photoshop和MATLAB软件对壁画表面形貌的数码照片进行相关处理后，可以将宏观的数码照片转换成微观形貌变化的量化数值，从而获得壁画表面病害的发生与发展信息。

附图说明