[发明专利]基于数字图像技术的石窟文物微观变形非接触测量方法

说明书

一种基于数字图像相关技术的石窟文物微观变形非接触测方法，包括通过控制岩石试样的波速来筛选样品，使用黑色哑光漆在岩石表面喷洒散斑团案进行预处理；设置多功能环境试验装置和具有相机的岩石微观变形非接触测量系统，对准岩石微观变形非接触测量系统的相机，将样品放入多功能环境试验装置内，调节相机对准样品，然后对多功能环境试验装置分别设置温度、湿度及污染物类型和浓度，启动多功能环境试验装置对样品进行高温高湿及腐蚀试验，同时启动相机以规定的时间间隔拍摄，并存储拍摄到的多组数据；在试验结束后，计算机处理并比较所存储的多组数据，得到样品在相互垂直的两个方向上的位移及所拍摄区域任一范围内的应力场和应变场大小及其分布。

技术领域

本发明涉及一种基于数字图像技术的石窟文物微观变形非接触测量方法。

背景技术

中国是历史悠久的文明古国。漫长岁月中，中华民族创造并保留下了丰富多彩的物质文化遗产，石窟寺便是其中之一。作为我国传承脉络最清晰，关联性最密切，体系最完整的文物类型，石窟寺通常集构筑物、壁画、塑像、雕像、题刻等于一体，内容多样，历史、艺术和科学价值重大，是研究、继承和弘扬中华优秀传统文化不可或缺的历史根脉与宝贵资源。

石窟寺一般在自然山体上就着山势从山崖壁面向内部纵深开凿，既具有地质体的结构、构造特征，又具有人为建造、艺术创作的特点。我国石窟寺数量众多，分布范围广泛，岩性各异其中处于砂岩或砂岩夹薄层泥岩、页岩中的约占总数的80%以上。这类石窟寺大多已有数百、上千年的历史，但由于长期暴露于室外开放环境中，持续和自然外营力（水、温度、可溶盐、污染物以及微生物等）发生直接相互作用，从而导致一系列表层风化病害。这种劣化过程使文物本体耐久性不断降低，富含价值的文化信息层消失殆尽，其保存现状令人堪忧。以世界文化遗产——云冈石窟为例，史料记载云冈石窟大小佛像10万余尊，目前仅余51000余尊，因此开展多因素耦合作用下石窟文物劣化机理研究，获取石窟文物裂变演化全过程，明确其劣化主控因子是十分急迫的。

到目前为止，国内外学者针对石窟文物劣化试验与机理研究，普遍考虑单一因素或两个因素作用且多采用肉眼观察、光学显微镜以及扫描电镜等电子显微镜手段，从宏微观角度获取石窟文物裂变前后的变化，上述方法明显存在着精度低、监测不连续等缺陷，无法准确获取石窟文物表面颗粒移动、崩解；裂隙的成核、发育以及贯通的确切时间与位置。此外，目前针对石窟文物劣化试验中变形监测，传统岩土工程试验中多采用粘贴应变片、引伸计等接触手段，而在多因素耦合模拟试验中，由于温度、湿度以及包括SO₂在内的污染物作用，测试仪器本身将产生一定程度的腐蚀与变形，从而影响测试精度。

发明内容

发明要解决的问题：

本发明的针对现有技术中无法对多因素耦合作用下石窟文物实行动态、连续、精细监测的缺陷与不足，提供一种基于数字图像相关技术的石窟文物微观变形非接触测方法，可以通过在多功能环境试验模拟装置中开展多因素模拟试验并结合数字图像相关测量技术对石窟文物细微劣变过程进行监测，设备简单，操作难度低且具有高精度、非接触、动态的特点。

解决问题的技术手段：

本发明提供一种基于数字图像相关技术的石窟文物微观变形非接触测方法，包括以下步骤：

（a）通过控制岩石试样的波速来筛选满足实验要求的样品，并使用黑色哑光漆在岩石表面喷洒散斑团案进行预处理；

（b）设置多功能环境试验装置和具有相机的岩石微观变形非接触测量系统，对准所述岩石微观变形非接触测量系统的相机，将样品放入所述多功能环境试验装置内，调节所述相机的高度以使所述相机对准所述多功能环境试验装置内的样品，然后对所述多功能环境试验装置分别设置所需样品要求的温度、湿度以及污染物类型和浓度，启动多功能环境试验装置从而对样品进行高温高湿以及腐蚀试验，同时启动相机以规定的时间间隔进行拍摄，并在电脑上存储所述相机拍摄到的多组数据；

（c）在模拟风化试验结束后，计算机利用数字图像相关技术和软件处理并比较所存储的所述多组数据，得到样品在相互垂直的两个方向上的位移以及所拍摄区域任一范围内的应力场和应变场大小及其分布。