彩繪文物顏料層微結構的光學相干層析成像技術研究

《彩繪文物顏料層微結構的光學相干層析成像技術研究》是依託西北大學，由忽滿利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：彩繪文物顏料層微結構的光學相干層析成像技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：忽滿利
• 依託單位：西北大學

項目摘要

彩繪文物顏料層內部微結構的無損檢測是研究彩繪文物的有效手段和保護文物必不可少的重要環節。光學層析成像技術具有探測物體內部微結構信息的能力，是一種非常適合用於彩繪文物研究和保護的無損檢測技術。本項目圍繞彩繪顏料的光學特性和光損傷、軸向解析度和探測深度不足、層析信息提取、噪聲消除等問題進行深入研究。擬採用蒙特卡洛模擬算法研究光在顏料中的傳播規律，實驗測試顏料的吸收和反射光譜，分析顏料的光學特性；採用光熱傳導和光氧化模型，研究光輻照彩繪顏料的損傷機制，用加速老化法評價光損傷並計算損傷閾值；設計和搭建光纖型譜域OCT系統，採用多光源並接法提高光源功率和頻寬，以提高軸向解析度和探測深度；採用相干增強各向異性擴散算法和小波分析法等處理圖像信號，通過快速傅立葉變換重構層析圖像。實現OCT技術在彩繪文物顏料層微結構檢測中的套用，為我國彩繪文物的研究和保護提供一種全新的無損檢測技術手段。

結題摘要

我國擁有寶貴的彩繪文物，由於年代久遠和保存環境不佳等原因，彩繪顏料層會出現酥粉和起痂等病害，顏料層內部微結構的無損檢測是科學地研究和保護彩繪文物必不可少的重要環節，為此，本項目開展彩繪文物顏料層的光學相干層析成像技術（OCT）研究。 研究了彩繪礦物質顏料的散射特性和反射光譜，獲得了OCT對礦物顏料成像的最佳光譜“視窗”在2μm附近；研究了硃砂、三綠兩種礦物染料的光損傷及其機制，獲得了彩繪顏料的光致褪色光損傷主要是紫外與可見區域光輻照光能累積效應，其機制是電子躍遷導致離子電荷轉移所致，OCT技術對彩繪顏料的損傷極其微弱。 分別搭建了中心波長1310nm的全光纖譜域OCT系統和菲索干涉結構的微型OCT系統，手控測量模擬壁畫獲得了層析像。改裝了中心波長930nm的OCT系統的水平測試平台，使該系統可用於壁畫現場的掃描測試，其軸向解析度為7μm。 利用改裝的OCT系統對館藏漢唐彩繪壁畫文物、陶俑、瓷器和玉器等進行了OCT成像檢測，獲得了大量的有價值的測量結果。利用OCT圖像對部分文物的病變和修復痕跡進行了分析和鑑別。完成了對部分OCT圖像數據的處理和分析。 將測量的OCT圖像與諾丁漢特倫特大學課題組在敦煌莫高窟藏傳佛教密宗壁畫所測數據進行了對比，發現了非病變、非修復的彩繪顏料壁畫一般不顯示層結構的共性問題，並對這一問題進行了分析討論與研究，給出了初步的解釋。 該項目的OCT成像技術在西安文物保護考古研究院的漢代古墓出土的陶俑彩繪、瓷器的無損檢測中得到了套用。 在本項目研究過程中發現了作為彩繪顏料層的載體的地仗層和支撐結構的保護和無損檢測的重要性，以及OCT技術難以對幾毫米到幾十毫米之間厚度的地仗層和支撐結構成像的問題，開展了空氣耦合超音波光纖感測與層析成像技術的研究，取得了預期的研究結果，這項研究可以看作是本項目研究的延伸和深入，為彩繪文物保護提供了一種新的無損檢測技術和方法。 培養博士生3名，碩士生5名，發表SCI論文 14篇，申請專利2項。