文物病害檢測方法以及圖像重建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及文物保護領(lǐng)域，尤其涉及一種通過福射成像對文物病害進行檢測的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 青銅器是人類歷史上的一項偉大發(fā)明，是世界冶金鑄造史上最早的合金，它的變 遷體現(xiàn)了世界文明在社會、經(jīng)濟W及文化內(nèi)涵方面的發(fā)展和進步。中國古代青銅器是中國 的國粹，無論是從青銅器的使用規(guī)模、鑄造工藝，還是造型藝術(shù)及品種而言，都在世界藝術(shù) 史上占有重要地位。但是，由于長期埋藏于地下W及出±后存膽條件的限制等原因，使得青 銅器面臨著嚴峻的病害腐蝕問題。其中，危害極大的有害鎊與空氣和水分等相互作用后，會 使青銅器文物酥粉、毀潰、壽命縮短，嚴重時會使整件器物粉化甚至完全毀壞，文物考古界 形象地稱之為青銅器的"癌癥"。2013年8月，湖南黃±坡147號戰(zhàn)國墓出±的青銅劍，即是 "癌癥"病變后嚴重腐蝕至斷成幾截，令人惋惜；此外，云南李家山古墓群約40%出±的青銅 器文物均瀬?；蛑囟雀g等。因此，為使送類受腐蝕的青銅器文物能夠長期的保存下去，首 先必須準確的"診斷"青銅器文物病害的"結(jié)構(gòu)"和"成分"信息，再巧[J定對癥"治療"的文物 保護修復(fù)方案進行保護。
[0003] 然而，在實際文物病害診斷工作中，由于檢測技術(shù)的限制，目前對于文物病害的物 理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分信息需要分別獨立的進行檢測。因此，引入了數(shù)據(jù)不匹配的錯誤信息，特 別對于材料變化處和細節(jié)處理時，容易導(dǎo)致文物保護人員進行錯誤判斷，同時，增加了時間 成本。此外，結(jié)構(gòu)和成分分別進行檢測時，由于傳統(tǒng)技術(shù)自身的局限性，又引入了大量其他 錯誤診斷信息。
[0004] -方面，對于青銅器文物"結(jié)構(gòu)"信息的檢測，X射線成像檢測技術(shù)作為最傳統(tǒng)的 診斷手段已得到國內(nèi)外的廣泛認可。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用膠片成像的X射線檢測 技術(shù)正逐漸的向利用IP板成像的計算機X射線成像技術(shù)CR(ComputedRadiogra地y)過 渡，并最終會被可W直接將X射線信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的X射線數(shù)字成像技術(shù)DR(Digital Radiogra地y)所取代。但是，DR成像技術(shù)對于青銅器病害結(jié)構(gòu)信息的準確檢測仍存在兩 方面局限性，一個視角下重建致使重建結(jié)果存在結(jié)構(gòu)重疊現(xiàn)象，同時，X射線多色能譜硬化 效應(yīng)導(dǎo)致重建圖像具有硬化偽影問題。此外，即使采用目前最先進的計算機斷層成像技術(shù) CT(ComputedTomogra地y)去解決結(jié)構(gòu)重疊問題，重建結(jié)構(gòu)也仍然存在多色能譜引起的硬 化偽影干擾。綜上，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，存在結(jié)構(gòu)重疊和硬化偽影的問題，引入大量的失真 信息，干擾文物保護人員對病害的判斷。
[0005] 另一方面，對于青銅器文物病害"成分"信息的識別，目前被廣泛采用的方法主 要有激光拉曼光譜分析技術(shù)LRS(LaserRamanspectroscopy)和X射線衍射分析技術(shù) X畑狂-RayDifTraction)。但是，送兩種技術(shù)一次照射僅能獲取待測器物的局部病害成分 信息，如想獲得器物整體病害信息，需要反復(fù)的進行操作再將結(jié)果進行整合，費時且引入整 合誤差。此外，對于無法打開的密封器物，其內(nèi)表面的病害成分是無法進行檢測的，產(chǎn)生盲 區(qū)。綜上，傳統(tǒng)成分檢測技術(shù)，存在多次照射結(jié)果進行整合引入的誤差w及密閉器物內(nèi)層病 害無法檢測等問題，帶來了大量的不確定信息，同樣影響文物保護人員對病害的判斷，并且 時間成本再次提高。
[0006] 從W上分析可知，現(xiàn)有的文物病害診斷方法存在諸多技術(shù)局限性，導(dǎo)致在診斷結(jié) 果中引入了大量的錯誤信息，即目前沒有任何一種傳統(tǒng)技術(shù)能夠同時快速的對某件器物所 有病害結(jié)構(gòu)及其成分進行準確檢測，致使大量的珍稀文物延誤修復(fù)甚至加速腐蝕。為解決 送一難題，尋找行之有效的方法搔救瀬危文物已成為青銅器文物保護實際應(yīng)用中非常嚴峻 的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用福射成像對文物病害進行檢測的方法，W解 決現(xiàn)有技術(shù)存在的不能同時診斷文物病害形狀和成分的問題。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種文物病害檢測方法，其特征在于，包括步驟： 獲取所有可能病害的成分數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包括病害的有效原子序數(shù)和電子密度值；獲取所 有可能病害的幾何結(jié)構(gòu)模型，并將有效原子序數(shù)填充至幾何結(jié)構(gòu)模型中形成分析模型；對 待測文物進行雙能CT掃描，并基于分析模型，獲得雙能CT多色投影數(shù)據(jù)；根據(jù)雙能CT多色 投影數(shù)據(jù)進行圖像重建，對文物病害的結(jié)構(gòu)和成分進行識別。
[0009] 優(yōu)選地，結(jié)合化巧p-Logan模型和文物病害初步結(jié)構(gòu)信息來構(gòu)建幾何結(jié)構(gòu)模型。
[0010] 優(yōu)選地，由病害成分信息轉(zhuǎn)換成有效原子序數(shù)和電子密度值。
[0011] 優(yōu)選地，獲得雙能CT多色投影數(shù)據(jù)的步驟包括將雙能CT投影區(qū)域劃分成多個柵 格，運用掃描的方式，利用射線與柵格的交點逐一計算每條射線穿過每個柵格的長度，將不 同能量下的衰減系數(shù)值與路徑長度值對應(yīng)積分求和，得到多色能譜投影數(shù)據(jù)?？蒞在得到 的多色能譜投影數(shù)據(jù)上加入模擬噪聲。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種基于雙能CT多色投影數(shù)據(jù)的圖像重建方法， 用于在第一方面的文物病害檢測方法中對文物病害的結(jié)構(gòu)和成分進行識別，其特征在于， 包括步驟；基于雙能多色能譜投影數(shù)據(jù)，獲得雙效應(yīng)系數(shù)積分值；利用單能投影數(shù)據(jù)重建 文物病害初步結(jié)構(gòu)信息，并利用闊值法進行初步成分信息填充后作為初始值；基于初步結(jié) 構(gòu)信息初始值，利用代數(shù)迭代算法進行重建，獲得重建圖像。
[0013] 優(yōu)選地，將雙效應(yīng)系數(shù)積分值中不均勻數(shù)據(jù)和均勻數(shù)據(jù)進行分割，并對不均勻數(shù) 據(jù)進行修補。修補可W使用全變分去噪修補。
[0014] 優(yōu)選地，重建文物病害初步結(jié)構(gòu)信息的步驟使用濾波反投影算法。
[0015] 優(yōu)選地，獲得重建圖像的步驟包括使用全變分去噪處理。
[0016] 優(yōu)選地，根據(jù)文物病害成分對重建圖像進行著色。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠同時、快速的對整件文物病害結(jié)構(gòu) 和成分進行診斷，提供無結(jié)構(gòu)重疊的結(jié)構(gòu)信息，去除硬化偽影的影響，對密封文物內(nèi)部成分 進行無損診斷，根據(jù)本發(fā)明的病害圖像重建算法能夠為病害診斷的準確評估提供技術(shù)手 段，為制定準確的文物保護修復(fù)方案提供有效可行的指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0018] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0019] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的文物病害檢測方法的流程圖；
[0020] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的文物病害檢測方法的具體實施例的示意圖；
[0021] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的化epp-Logan模型示意圖；
[0022] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的多色能譜投影數(shù)據(jù)生成示意圖；W及
[0023] 圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的文物雙能CT病害診斷重建算法的流程 圖。
[0024] 在送些附圖中，使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分。
【具體實施方式】
[0025] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，W下結(jié)合附圖及具體實施例，對本 發(fā)明作進一步地詳細說明。
[0026] 在W下描述中，對"一個實施例"、"實施例"、"一個示例"、"示例"等等的引用表明 如此描述的實施例或示例可W包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度，但并非每個實 施例或示例都必然包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度。另外，重復(fù)使用短語"在一 個實施例中"雖然有可能是指代相同實施例，但并非必然指代相同實施例。
[0027] 為簡單起見，W下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。
[0028] 雙能計算機斷層成像技術(shù)DECT值ualE：nergyComputedTomogr