專利名稱：基于數(shù)字化技術(shù)的古代洞窟壁畫文物獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計了一種基于數(shù)字化技術(shù)的古代洞窟壁畫文物的保存記錄方法。
洞窟壁畫文物保存記錄的傳統(tǒng)做法是采用攝影攝像等方法，將壁畫記錄在膠片和磁帶上。但是，這些傳統(tǒng)的攝影方法并不能達到良好的保存效果，只能提供一個大致的影像，遠遠達不到記錄的目的。而普通的數(shù)字化獲取方法則沒有一個通行的標準，存在著操作不規(guī)范，效果不理想的缺點。
本發(fā)明的目的是提供一種規(guī)范的操作規(guī)程，采用一些現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機、攝影器材和計算機軟件，獲取高準確度、高精確度的洞窟壁畫文物圖像并永久保存。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取下列措施基于數(shù)字化技術(shù)的古代洞窟壁畫文物保存記錄方法的步驟如下1)使用位置分類法，按照壁畫所在位置把壁畫分割成普通壁畫和垂直轉(zhuǎn)折處壁畫兩類；2)按照壁畫測繪結(jié)果，采用分辨率計算法確定拍攝計劃，即分辨率達到每毫米X像素，則每幅照片的覆蓋范圍為(3/X)×(2.2/X)米；當壁畫的尺寸為W米×H米，那么，這幅壁畫需要拍攝H×W/2.2行，W×X/3列。
3)對于拍攝的每張照片在表格上記錄位置、序號、卡號、照相機、快門、鏡頭、光圈、距地距離、距墻距離、燈光、目錄。
4)使用白板拍攝的方法調(diào)整閃光燈，即用一張白板，放在照相機視野的左部、右部、上部，各拍攝一張，根據(jù)拍攝結(jié)果調(diào)整閃光的方向；5)采用古代洞窟壁畫文物獲取拍攝平臺進行拍攝；在拍攝并備份好照片以后，使用計算機圖像處理軟件對拍攝好的照片進行圖像拼接處理本發(fā)明提供了一套獲取洞窟壁畫文物的完整規(guī)范、要求明確的操作步驟；可以在足夠的精度與準確度上獲取不可復(fù)原的古代洞窟壁畫文物；可以達到對古代洞窟壁畫文物的永久性保存。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明

圖1是壁畫分割示意圖；圖2是色標板示意圖；圖3是判斷閃光情況方法示意圖；圖4是普通壁畫拍攝平臺示意圖5是垂直轉(zhuǎn)折壁畫拍攝平臺示意圖。
基于數(shù)字化技術(shù)的古代壁畫文物保存記錄方法要求的設(shè)備包括KodakDCS660相機一臺，Macintosh筆記本電腦兩部，拍攝支架一套(具體情況見下文)，閃光燈及附屬設(shè)備，記錄紙，色標板，標尺，照相機配存儲卡兩張以上，相機、電腦、存儲卡，若數(shù)量多于一個，都需要編號，便于管理；其方法步驟如下1、使用位置分類法，按照壁畫所在位置把壁畫分割成普通壁畫和垂直轉(zhuǎn)折處壁畫兩類按照拍攝對象的位置，需要兩種不同的拍攝平臺。
古代洞窟普通壁畫文物獲取(普通)拍攝平臺用于幅面基本平整并呈現(xiàn)較為規(guī)則的矩形的壁畫，例如大多數(shù)洞窟的四壁上的壁畫和披上的壁畫；它具有平臺框架8，在平臺框架上方設(shè)有萬向臂1，在萬向臂上設(shè)有閃光燈具2，在平臺框架下方設(shè)有照相機云臺10，在云臺下固定有卷尺，在照相機云臺上設(shè)有照相機7，在平臺框架上方設(shè)有可轉(zhuǎn)式滑動連接件6，并與水平滑桿9相接，水平滑桿與兩主支撐滑桿4相接，主支撐滑桿下設(shè)底座5，在水平滑桿和主支撐滑桿上設(shè)有刻度。
古代洞窟垂直轉(zhuǎn)折壁畫文物獲取(垂直轉(zhuǎn)折處)拍攝平臺用于洞窟墻壁轉(zhuǎn)折連接處的壁畫；水平方向上的轉(zhuǎn)折處壁畫可以通過上述平臺略微調(diào)整拍攝，垂直方向上的轉(zhuǎn)折處可以使用這種平臺；它具有平臺框架11，在平臺框架上方設(shè)有萬向臂1，在萬向臂上設(shè)有閃光燈具2，在平臺框架下方設(shè)有照相機云臺10，在云臺下固定有卷尺，在照相機云臺上設(shè)有照相機7，在平臺框架上設(shè)有固定連接件3，并與主支撐滑桿4相接，主支撐滑桿下設(shè)底座5，在主支撐滑桿上設(shè)有刻度。
拍攝前要將洞窟壁畫分塊，使之分別符合相應(yīng)的拍攝條件。拍攝壁畫時，就使用相應(yīng)的拍攝平臺。拍攝平臺的具體安裝方法參考使用說明。
2、按照壁畫測繪結(jié)果，采用分辨率計算法確定拍攝計劃事先需要準備好的內(nèi)容有壁畫的測繪和拍攝記錄的制定，照相機距墻面距離的確定。其中，壁畫測繪主要就是為了制定拍攝記錄。
拍攝記錄主要有這么幾個內(nèi)容墻面分割示意圖，拍攝記錄表格，色標板。KodakDCS660的分辨率可以達到6,600,000像素，所以，每張照片可以覆蓋的范圍很大。但具體的覆蓋幅面的確定需要看具體的壁畫文物的情況，根據(jù)要求進行計算。
如果要求的分辨率必須達到每毫米x像素，則每幅照片可以覆蓋的幅面為(3/x)×(2.2/x)米。確定的幅面最好比計算得到的數(shù)值略小一些。
有了上述結(jié)果以后，可以確定照相機距壁畫墻面的距離，這可以通過使用照相機、標尺實際拍攝來完成。
同時，還可以確定整幅壁畫的照片拍攝數(shù)量，并畫出壁畫的分割情況。當壁畫的尺寸為W米×H米，那么，這幅壁畫需要拍攝H×W/2。2行，W×X/3列。
一般我們規(guī)定，壁畫的行從下往上標示為A、B、C、D……；列從左往右標示為1、2、3、4……。
3、對于拍攝的每張照片在表格上記錄拍攝記錄需要表格若干份，其形式如下位置是行號加上列號，例如1C，4D，可以根據(jù)位置這一項的內(nèi)容從“壁畫分割情況圖”上立刻看出照片覆蓋的幅面在整個壁畫的位置如何。
序號也就是照片的文件名，KodakDCS660可以自動為每一張照片設(shè)定一個唯一的文件名。
卡號是照相機所用存儲卡的卡號，一般說來，拍攝工作可能使用不止一個存儲卡。
照相機是記錄拍攝這張照片使用的相機編號，如果條件許可的時候，可能一個工作組會有兩臺甚至兩臺以上的照相機同時工作，這時，就需要記錄拍攝相機的情況。
快門、鏡頭、光圈是拍攝時照相機參數(shù)的設(shè)定情況。
距地距墻是拍攝時照相機距離地面和墻面的距離情況。
燈光是拍攝時的閃光燈情況。
目錄是照片在計算機外存上存儲的目錄。
色標板是用來拍攝進照片中的記錄，它的具體情況見下面的示意圖色標板上的內(nèi)容需要拍攝每一行時再進行確定和填寫；
4、使用白板拍攝的方法調(diào)整閃光燈，燈光的安置與照相機的安置燈光的安置包括安裝閃光燈和柔光罩，安裝反光板，調(diào)整燈光的射向和反光板的布局。
照相機的安置包括將照相機固定在照相機平臺框架上，調(diào)整水平，確定光圈、快門的設(shè)定和照相機上各種參數(shù)的設(shè)定。
這兩個安置的調(diào)整部分，是需要同時進行的。調(diào)整的時候，可以查看拍攝得到的照片的直方圖(Histogram)來判斷拍攝的曝光情況。
進行反光板和閃光燈的射向調(diào)整的時候，按照圖3的辦法判斷燈光是否已經(jīng)均勻合適。其中，細線框表示照相機拍攝的視野，粗線框表示白色的反光板；當拍攝的反光板亮度基本一致時，就認為光線已經(jīng)足夠均勻了。
5、采用古代洞窟壁畫文物獲取拍攝平臺進行拍攝；在拍攝并備份好照片以后，使用計算機圖像處理軟件對拍攝好的照片進行圖像拼接處理。
1)拍攝的主要流程是(1)在閃光燈和照相機全部設(shè)定好以后，選擇一端作為起點；(2)試拍一張，查看效果；(3)開始拍攝，拍攝按行進行，每行均遵循如下的次序試拍、色標板、標尺、一行的壁畫照片若干張、標尺、色標板；(4)每一張都需要在記錄紙上做記錄。記錄表格見前文；(5)根據(jù)壁畫的大小和照相機存儲卡的大小，每拍攝完一行或兩行以后，取出照相機中的存儲卡，交給手提電腦，傳輸數(shù)據(jù)。照相機換一張卡，繼續(xù)工作；(6)每天工作之后，兩部電腦內(nèi)的數(shù)據(jù)都需要備份。一般采取相互備份的辦法，可靠度就足夠了；2)利用圖像處理軟件拼接壁畫照片利用圖像處理軟件拼接照片的主要步驟是(1)以該幅面的某一端作為起點；(2)原始的照片絕對不要改動。拷貝出一份，作為工作時使用的照片；(3)打開相應(yīng)的起點照片，這張照片將作為以后的工作區(qū)域圖片；(4)選擇Photoshop菜單選項Image-＞Canvas Size，將畫布擴大，以容下其余的照片；(5)打開下一張相鄰的照片；(6)將這張照片全部選中(Ctrl+A，Ctrl+C)，拷貝(Ctrl+V)進我們的工作區(qū)域圖片中，這時候，工作區(qū)域圖片會自動開一個新層的；(7)將新層的透明度調(diào)節(jié)到50％左右，然后移動到拼接最為合適的位置上，一般是使它們相交區(qū)域的中心位置最為貼切；
(8)打開新層的蒙罩；(9)選擇前景色和背景色為缺省顏色(直接按D鍵)，選擇線性漸變工具；(10)在最為貼切的重疊部分，用漸變工具修改新層的蒙罩，需要顯示的部分為白色，需要隱藏的部分為黑色，中間過度部分以較少為適宜；(11)將透明度改回100％，觀看效果；(12)如果整體上還有問題，略微調(diào)整新層的位置；(13)選擇畫筆，將工作區(qū)域圖片放大至100％，將一些細節(jié)部分通過修改蒙罩，使得選取一致，避免出現(xiàn)錯位現(xiàn)象；(14)如此繼續(xù)，直至一行拼接完成；(15)在第2行開始時，第1張需要與其上的照片拼接。而第2、3、4…等照片則既需要與其上又需要與其右的照片拼接，需要兩次對蒙罩修改；(16)某些情況下，會出現(xiàn)圖像明顯的扭曲現(xiàn)象，這主要是由于墻面的起伏和照相機本身沒有完全調(diào)整正確，此時需要對圖片做輕微的扭曲變形調(diào)整；(17)返回步驟5，直到所有照片均已處理過。
(18)所有的照片都拼接完成后，先把結(jié)果圖片存儲成.psd格式。然后，把所有的Layer合并，存儲一張.tiff格式文件。這就是我們最終得到的壁畫圖像文件。
實施例現(xiàn)以敦煌第3窟的壁畫為例，它的拍攝獲取過程如下劃分洞窟內(nèi)壁畫情況，確定需要使用的拍攝平臺。根據(jù)第3窟的洞內(nèi)情況，我們把它劃分為九幅平面壁畫和十二個轉(zhuǎn)折連接。平面壁畫均使用普通拍攝平臺，轉(zhuǎn)折連接處壁畫分別采用普通拍攝平臺和垂直轉(zhuǎn)折處拍攝平臺；測繪壁畫尺寸，確定每塊壁畫的幅面大小；根據(jù)壁畫內(nèi)容，確定分辨率要求為3pixel/mm；計算每張照片的覆蓋幅面為30inch×20inch；計算每塊壁畫的照片數(shù)量；繪制墻面分割圖和制作記錄表格；對于每塊壁畫，完成如下兩步1)安裝拍攝支架、閃光燈和照相機，并按照上述方法調(diào)整直到合適；2)按照上述步驟，開始進行拍攝，獲取數(shù)據(jù)；按照正文所述拼接步驟，進行圖片拼接，獲取最終結(jié)果；最后，得到二十一幅色彩與壁畫原物非常一致、精度完全達到保存目的的圖像文件。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字化技術(shù)的古代壁畫文物保存記錄方法，其特征在于，其步驟如下1)使用位置分類法，按照壁畫所在位置把壁畫分割成普通壁畫和垂直轉(zhuǎn)折處壁畫兩類；2)按照壁畫測繪結(jié)果，采用分辨率計算法確定拍攝計劃，即分辨率達到每毫米X像素，則每幅照片的覆蓋范圍為(3/X)×(2.2/X)米；當壁畫的尺寸為W米×H米，那么，這幅壁畫需要拍攝H×W/2.2行，W×X/3列。3)對于拍攝的每張照片在表格上記錄位置、序號、卡號、照相機、快門、鏡頭、光圈、距地距離、距墻距離、燈光、目錄。4)使用白板拍攝的方法調(diào)整閃光燈，即用一張白板，放在照相機視野的左部、右部、上部，各拍攝一張，根據(jù)拍攝結(jié)果調(diào)整閃光的方向；5)采用古代洞窟壁畫文物獲取拍攝平臺進行拍攝；在拍攝并備份好照片以后，使用計算機圖像處理軟件對拍攝好的照片進行圖像拼接處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字化技術(shù)的古代壁畫文物保存記錄方法，其特征在于所說的古代洞窟壁畫文物獲取拍攝平臺具有平臺框架[8]，在平臺框架上方設(shè)有萬向臂[1]，在萬向臂上設(shè)有閃光燈具[2]，在平臺框架下方設(shè)有照相機云臺[10]，在云臺下固定有卷尺，在照相機云臺上設(shè)有照相機[7]，在平臺框架上方設(shè)有可轉(zhuǎn)式滑動連接件[6]，并與水平滑桿[9]相接，水平滑桿與兩主支撐滑桿[4]相接，主支撐滑桿下設(shè)底座[5]，在水平滑桿和主支撐滑桿上設(shè)有刻度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字化技術(shù)的古代壁畫文物保存記錄方法，其特征在于所說的古代洞窟壁畫文物獲取拍攝平臺具有平臺框架[11]，在平臺框架上方設(shè)有萬向臂[1]，在萬向臂上設(shè)有閃光燈具[2]，在平臺框架下方設(shè)有照相機云臺[10]，在云臺下固定有卷尺，在照相機云臺上設(shè)有照相機[7]，在平臺框架上設(shè)有固定連接件[3]，并與主支撐滑桿[4]相接，主支撐滑桿下設(shè)底座[5]，在主支撐滑桿上設(shè)有刻度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字化技術(shù)的古代洞窟壁畫文物獲取方法。它的步驟如下:1)使用位置分類法分割壁畫;2)按照壁畫測繪結(jié)果,采用分辨率計算法確定拍攝計劃;3)在表格上記錄拍攝情況;4)使用白板拍攝的方法調(diào)整閃光燈;5)采用古代洞窟壁畫文物獲取拍攝平臺進行拍攝;6)使用計算機圖像處理軟件對拍攝好的照片進行圖像拼接處理。本發(fā)明提供了一套獲取洞窟壁畫文物的完整規(guī)范、要求明確的操作步驟?？梢赃_到對古代洞窟壁畫文物的永久性保存。
文檔編號G06T5/50GK1379281SQ0111228
公開日2002年11月13日 申請日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月6日
發(fā)明者潘云鶴, 魯東明, 石宜輝 申請人:浙江大學(xué)