一种基于空气耦合超声的碑文识别方法与流程

本发明涉及碑文识别技术领域，具体涉及一种基于空气耦合超声的碑文识别方法。

背景技术

碑文石刻就其本身而言，具有很高的文化价值、历史价值和艺术价值；在另一方面，它也有不可估量的学术价值，是研究我国历史和文化的珍贵第一手资料，对于古文化的研究和传承意义重大。文字内容是石刻的“灵魂”，如果文字消失不见，石刻也就变成了普通的岩石，失去了它原有的价值。由于相当一部分石刻属于不可移动文物，对其很难进行全面的保护，在经历多年的自然风化后，很多石刻内容正在逐渐消失，因此对于石刻内容的保护刻不容缓。所以利用现代上位机技术对石刻内容进行处理和保护，使其能够永久流传就具有重要的意义。碑文分为文字凸出背景的阳文和文字凹陷于背景的阴文，由于中国古代碑刻大部分为阴文，本文研究只针对阴文碑刻进行相关问题的讨论。

目前业界主要采取人工拓片方式取得石刻拓片，但由于难度艰巨、工作量太大而不尽人意，并且由于人工拓印制取拓片对石刻的原始面貌和耐久性在一定程度上有相当的损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于空气耦合超声的碑文识别方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于空气耦合超声的碑文识别方法，其特征在于：它包含如下步骤：

一、使用碑文识别装置，该装置包含超声波探伤仪、高频空气耦合探头、直立式扫描架、二轴控制平台、上位机；所述的二轴控制平台固定在直立式扫描架上；超声波探伤仪安装在二轴控制平台上；高频空气耦合探头安装在超声波探伤仪的前端；高频空气耦合探头采用收发一体的超声波探头；高频空气耦合探头与超声波探伤仪均通过wifi模块与上位机通讯连接；高频空气耦合探头输出的位置信号及超声波探伤仪输出的描述超声波振幅的信号经数字化后均输入至上位机中，通过手动移动直立式扫描架的位置，调节高频空气耦合探头与被扫平面的间距；

二、在开始扫描之前，通过上位机软件进行超声探头的发射频率、焦距，一定面积的扫描区域和超声探头每次步进的位移的参数设定；首先让高频空气耦合探头停留在碑刻表面没有文字凹陷的位置；

三、通过二轴控制平台驱动高频空气耦合探头沿导轨做相互垂直的两个自由度方向的自动扫描；扫描过程中需要保证高频空气耦合探头和扫描区域表面的间距相对固定；自动扫描时，高频空气耦合探头在扫描区域范围内按照z字形轨迹对整个区域进行扫描，在每个扫描点探头都会进行发射接收超声波的操作，由于表面的凹凸程度不同，回波信号首波到达的声时也会有所不同；高频空气耦合探头输出的位置信号及超声波探伤仪输出的描述超声波振幅的信号经数字化后均输入至上位机中，然后上位机由扫描模式产生一个确定尺寸的数据阵列，图形显示在这个区域范围内；数据阵列里的每个点在显示器上显示为一个象素；图像用多种颜色显示，这些颜色也就是指定波形的振幅；在每一次扫描结束时，上位机可通过软件自动完成对每一种颜色和显示的百分比面积的象素计数；对显示出来的扫描图像都可以作出相应的解释，并对结果进行评定，检测数据的获取、处理、存贮与评价都是在每一次扫描的同时由上位机在线实时进行；

四、在一个扫描区域完成后，可以通过导轨移动超声波探伤仪到合适位置进行下一个区域的扫描。

进一步地，所述的二轴控制平台包含x轴运动系统、z轴运动系统；x轴运动系统包含主臂架和x轴驱动电机，主臂架通过导轨一与直立式扫描架连接；x轴驱动电机固定在直立式扫描架上；z轴运动系统包含竖向架、滑块和z轴驱动电机；竖向架固定在主臂架上；滑块通过滑轨二与竖向架连接；z轴驱动电机固定在竖向架上。

进一步地，直立式扫描架的底部设有万向轮。

进一步地，上位机上设有显示器。

进一步地，超声波探伤仪内安装有naut21空气耦合超声检测系统。

本发明的检测原理为：由于碑刻上的文字相对于碑刻表面有一定的凹陷，因此利用超声波反射法在文字上方进行扫描时，这些凹陷会带来超声波声程的变化，反映在时域回波信号上，反射首波的包络会有微小向后时移。选择合适的包络幅值进行c扫描成像，就可以将扫查表面微小的深度变化并在成像结果中凸显出来并对检测表面的文字进行成像识别。

采用上述方案后，本发明有益效果为：本发明所述的基于空气耦合超声的碑文识别装置，采用空气耦合超声扫描成像系统，空气耦合式超声无损检测技术具有非接触、非侵入、完全无损，能够实现快速在线扫查成像，利用空气耦合超声波脉冲反射法结合c扫描成像，可以将扫查表面微小的深度变化在成像结果中凸显出来，从而完成对碑文的扫描识别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于空气耦合超声的碑文识别装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、直立式扫描架；2、高频空气耦合探头；3、超声波探伤仪；4、二轴控制平台。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

实施例：基于空气耦合超声的碑文识别装置，参看图1所示，它包含超声波探伤仪3、高频空气耦合探头2、直立式扫描架1、二轴控制平台4、上位机；由于目前的大部分石碑的自然状态多为直立，即承载文字表面垂直于地面状态，采用直立式扫描架1，便于高频空气耦合探头2垂直于被扫描平面，方便扫描；所述的二轴控制平台4固定在直立式扫描架1上；超声波探伤仪3安装在二轴控制平台4上；高频空气耦合探头2安装在超声波探伤仪3的前端；超声波探伤仪内安装有naut21空气耦合超声检测系统；高频空气耦合探头2采用800k点聚焦收发收发一体的超声波探头；高频空气耦合探头2与超声波探伤仪3均通过wifi模块与上位机通讯连接；高频空气耦合探头2输出的位置信号及超声波探伤仪输出3的描述超声波振幅的信号经数字化后均输入至上位机中；上位机上设有显示器；

所述的二轴控制平台4包含x轴运动系统、z轴运动系统；x轴运动系统包含主臂架和x轴驱动电机，主臂架通过导轨一与直立式扫描架连接；x轴驱动电机固定在直立式扫描架上；z轴运动系统包含竖向架、滑块和z轴驱动电机；竖向架固定在主臂架上；滑块通过滑轨二与竖向架连接；z轴驱动电机固定在竖向架上；

直立式扫描架1的底部设有万向轮，便于移动。

基于空气耦合超声的碑文识别方法包含如下步骤：

一、通过手动移动直立式扫描架1的位置，调节高频空气耦合探头2与被扫平面的间距；

二、在开始扫描之前，通过上位机软件进行超声探头的发射频率、焦距，一定面积的扫描区域和超声探头每次步进的位移的参数设定；首先让高频空气耦合探头2停留在碑刻表面没有文字凹陷的位置；

此时回波的波形中，横坐标为时间，纵坐标为幅值，波形的第一个包络为发射波照射到检测表面的反射波，通过软件中的闸门选取第一个包络中的部分波形，让闸门中的波形最少要包含3-5个峰值点，闸门的选取位置的横坐标保持不变；通过计算这些峰值点的均值来作为此扫描点的回波幅值；在成像软件中，利用该扫描点的幅值大小对其赋以一定的颜色，这样不同扫描点配合其位置信息就可以在一个二维平面上呈现不同颜色，此二维平面即为扫描平面，不同颜色即代表扫描平面距离探头的远近信息，碑文由于凹陷于扫描表面，在回波信合和最后的c扫描成像结果中都会和扫描表面区别开来；

三、通过x轴驱动电机及z轴驱动电机驱动高频空气耦合探头2沿导轨做相互垂直的两个自由度方向的自动扫描；扫描过程中需要保证高频空气耦合探头2和扫描区域表面的间距相对固定；在每次扫描开始之前均需要确定探头扫描轨迹和扫描区域平面的平行度；

自动扫描时，高频空气耦合探头2在扫描区域范围内按照z字形轨迹对整个区域进行扫描，在每个扫描点探头都会进行发射接收超声波的操作，由于表面的凹凸程度不同，回波信号首波到达的声时也会有所不同；在一个扫描区域完成后，可以通过导轨移动超声波探伤仪到合适位置进行下一个区域的扫描。

本实施例所述的基于空气耦合超声的碑文识别装置及识别方法，具有以下优点：

1、采用空耦超声扫描，非接触，适合文物检测；

2、采用高频空耦探头，可以提供最高0.2mm的检测精度，可以对一些肉眼已经无法辨认的碑文进行扫描并成像；

3、成像结果为数字图像，后期还可以利用数字图像处理手段对其进行进一步的增强等处理，改善成像结果的可辨识程度。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。