基于光强信息的书画元素扩散渗透信息提取及分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及国画真伪鉴定技术领域，具体涉及基于光强信息的书画元素（包括墨 汁、颜料和印泥等）扩散渗透信息提取及分析方法。
【背景技术】
[0002] 中国书画是中华民族的文化瑰宝之一，包括了中国书法和绘画艺术。中国书画具 有特有的构成元素、独特的创作方式和表现形式，因而受到了世人的认可和欢迎，成为众多 收藏家青睐有加的收藏品。所以，中国书画不仅仅具有很高的艺术价值、历史价值还具有高 昂的市场价值，尤其是名家书画作品，更是价值连城。据2012年国际艺术品拍卖市场的统 计，来自于大中华区的艺术品成交额占全球的41%，其中李可染的国画《万山红遍》售价超 过4千万美元。然而，伴随着国画市场的繁荣的是造假、赝品的猖獗和泛滥，中国古字画市 场上出现了海量的赝品，在市场上以次充好。更甚的是，现在书画的造假采用了科技手段， 造假水平极高，可以使赝品以假乱真，极大地干扰了国画拍卖收藏市场的正常发展。所以， 业界已经意识到书画的真伪鉴别是书画艺术健康发展的不可缺少的一部分，也是保护中华 文化财产的重要环节。
[0003] 目前，中国古书画鉴定方法，仍然是以国画鉴定专家的经验鉴定为主，即以"目鉴" 为主。以"目鉴"为主的鉴定方法在中国书画鉴定领域起到重要的作用，时至今日，其仍然 在中国书画鉴定中占据主角，然而以专家经验鉴定的方法并不完善，并带有较强的主观性。 所以，不少学者尝试利用科技手段进行古书画科技取证鉴定，为专家鉴定提供科学佐证。
[0004] 国内已有学者对中国书画真伪鉴别科技取证进行了研究。中国书画真伪鉴别科技 取证的方法主要有两大类，一是基于对国画构成要素（墨、颜料、印泥）的物理和化学特性 的鉴别。代表性工作是中国艺术科技学院研究所书画鉴定中心所建立的"书画真伪鉴定实 验室"采用了一批先进的测试仪器，包括拉曼光谱仪和红外吸收光谱仪、荧光光谱仪、正立 透返现显微镜、金相显微镜、X射线光谱仪等光学仪器，对拟鉴定书画进行抽样检测；另一 类鉴别方法是基于计算机视觉的图像真伪鉴别。即利用计算机模拟人的视觉感知的方式， 借助图像处理、计算机视觉及模式识别等技术，将作品中最具特色的对象，如提款、印鉴及 书画内容等，与原作进行对比，给出定性或定量的指标，作为人们判定该作品真伪的辅助依 据。
[0005] 国外学者也对古纸古画进行了研究。从技术层面，主要分为四个方向，分别是红外 光谱方向、拉曼光谱方向、核磁共振方向与其他光谱技术。红外光谱方向的代表研究是Hon 利用FTIR对1790~1883年间的纸质文献表面酸性物质进行分析，Derieux利用ART-FTIR 技术研究古代韩国蜡纸的老化降解方式，分别对韩国蜂蜡、新版蜡纸和原版蜡纸的表面结 构进行了表征，Calvini利用红外光谱对日本古纸和现代纸研究，通过"分峰处理"分析了 不同年代纸张在半纤维素、填料和木质素等成分的分布规律；拉曼光谱方向的代表研究是 Bicchieri结合拉曼光谱XRF和PIXE-a对纸张的降解进行了分析，Clay-bourn研究了拉 曼光谱用于书写用墨的研究；核磁共振方向的代表研究是意大利纸张病理研究所和罗马大 学采用核磁共振技术联合调查15世纪不同老化程度的纸张，揭示了纸张降解和水分损失 的相关性，Casiera利用核磁共振分析了 17世纪手稿纸张的降解程度和含铁墨水对纸张的 影响；其他光谱技术具体有Castro结合XRF和拉曼光谱对古代纸作品颜料和墨的化学结构 进行了分析，Righini采用X射线光电子能谱技术调查了纸张的制造过程与老化降解的关 系，并研究了 15世纪和18世纪的纸张，还有学者采用激光诱导击穿光谱法对中世纪手稿进 行分析处理。
[0006] 纵观古今中外，专门针对中国书画的载体（宣纸）、元素（墨汁、印泥、颜料）的研 究极少。我们知道，中国书画最显著的特征的墨汁、颜料和印泥等在宣纸上进行成画的，在 作画过程中充分利用了宣纸可以使墨汁、颜料等在其上渲染所产生的艺术效果，使中国书 画具有独特的魅力。所以，从中国书画的作画元素着手研究，是我们对中国书画进行科技取 证要考虑的第一个方向。另一方面，从宏观层面上看，宣纸是二维的，然而，从微观层面看， 宣纸是三维的，其具有30~100ym的厚度，表面纹理纵横交错且凹凸不平。由于宣纸是有 厚度的，所以，墨汁、颜料和印泥着色在宣纸上后，会因为着墨量的不同而扩散、渗透的程度 不同，另外一点，随着时间的变化，墨汁、颜料和印泥也会渗透的深度也会不同，所以，不同 的年代的书画作品，其墨汁、颜料和印泥的渗透扩散情况是不同的。显然，但光束照射国画 时，墨汁、颜料和印泥在宣纸中的不同扩散渗透程度必然会导致相应的反射光束与透射光 束的不同表现形态。即当光束射入宣纸表面再反射/透射后，光束携带了书画元素的扩散 渗透信息，所以，可以通过获取光强信息来取证墨汁、颜料和印泥在宣纸的扩散和渗透程度 的信息。此外，通过光束透射强度的测量，可以表述宣纸的着墨/颜料程度；因此，入射光的 透射程度测量与三维成像的结合，可以完整地表述宣纸的特征，为后期的特征提取与分类 识别分析研究工作提供必要的基础。
[0007] 综上所述，发明人认为，探索针对中国书画真伪鉴别的科技取证新分析方案，针对 中国书画宣纸的特征，我们通过测量光束的反射光强对宣纸的三维结构进行成像，而且，而 墨汁等的扩散渗透信息又可通过获取透射光强信息来分析取得。因此，通过透射光强的测 量与相应三维成像结合，可以获得墨汁、颜料和印泥在宣纸中的扩散和渗透情况信息。该方 法把中国书画的基本要素、特点等都考虑进来，通过国画的多维信息分析，可以完整地表征 中国书画的特征。
【发明内容】
[0008] 为了分析中国书画作品的着色元素（墨汁、颜料和印泥）在宣纸中的扩散渗透情 况与宣纸的三维结构特征，本发明提出了基于光强信息的书画元素扩散渗透信息提取及分 析方法，通过国画反射光强信息，重构国画三维图像；通过国画透射信息的测量，获取墨/ 颜料在宣纸上的附着程度，从国画多维信息的角度对书画元素在书画中的扩散渗透情况进 行分析。具体而言，国画的光强信息（反射光强/透射光强）通过CCD/CM0S进行测量，依 据反射光强信息重构得书画的三维模型，采用分层分析方法，将书画的三维模型分解成二 维模型，继而结合透射光强信息，通过多种方式：（1)透射光强信息结合三维模型；(2)反射 光强信息结合三维模型；（3)透射光强信息、反射光强信息结合三维模型，来分析中国书画 的绘画元素在宣纸中的扩散渗透情况。
[0009] 本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0010] 基于光强信息的书画元素扩散渗透信息提取及分析方法，该方法从多维角度对书 画进行分析，首先获取光强信息，包括从书画作品反射的光强信息，即反射光强信息，以及 从书画作品透射过的光强信息，即透射光强信息；利用反射光对书画作品进行三维建模，得 到三维模型；通过对书画三维模型进行逐层分割，将三维图像转换成二维图像，继而结合透 射光强信息与反射光强信息，从多维角度分析书画元素在宣纸中的扩散渗透及书画元素量 的情况。
[0011] 进一步优化实施地，采用寻焦景深叠层方法或波前技术将所述获取的反射光强信 息转换成高度信息，实现对书画作品进行三维建模，得到三维模型。
[0012] 进一步优化实施地，对所构的书画作品三维模型进行分层切割，将三维模型转换 成N个二维图像，即对三维模型分解成一层层的薄片，近似认为是二维平面，N为分层数，分 层的数量根据需求进行设定。
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