【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例涉及文物石刻劣化模式评估，公开了一种利用高光谱成像技术评估石刻劣化模式的方法。
技术介绍
1、长期暴露在户外的石刻不可避免地会受到岩石材料、自然环境和人为因素的影响。即使大多数岩刻保存完好，基质岩也因剥落、结壳、盐结晶和生物定植等劣化模式而受损。这些因素导致现有恶化更加严重。这就是为什么许多学者一直关注对恶化模式的研究。
2、然而，由于温度和湿度对石刻的严重影响，劣化模式的定量分析受到限制。此外，目前对不同劣化模式的研究是独立的，相应的系统框架是模糊的。因此，开发一种劣化评估方法是当前的趋势。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术实施例涉及文物石刻劣化模式评估
，公开了一种利用高光谱成像技术评估石刻劣化模式的方法，用于更好地量化不同劣化模式对岩石雕刻的影响。
2、根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种利用高光谱成像技术评估石刻劣化模式的方法，如附图1所示，所述方法包括：
3、步骤1：运用偏振和体视显微镜对采集样品进行微观结构观察，记录矿物晶体形态、分布及裂隙发育情况；通过x射线衍射对矿物成分检测，确定石质文物劣化模式的特征；
4、步骤2：选用便携式高光谱成像系统，该系统包括近红外光谱仪、可移动三脚架、数据传输装置、灰色面板、计算机。依据系统内置的标准操作规程，对待评估区域进行高光谱图像采集；采集完后，按照预设的反射率校准算法，对所采集图像进行反射率校准；
5、步骤3：提取不同劣化模式的光谱特
6、步骤4：建立光谱指数，分析光谱特征与文物石刻劣化模式图像灰度响应之间的相关性；
7、步骤5：在以两个波长计算的光谱指数中添加第三个波长，参考三个波长的相似形式，提出关于三个波长的新改进光谱指数，应用整个数据集寻找最优波长组合和两个校正因子；
8、步骤6：通过选择相关性最高的光谱指数来实现对劣化模式进行初次筛选；
9、步骤7：采用鲸鱼优化的极限梯度提升算法(woa-xgboost)训练劣化模式模型；
10、步骤8：采用训练好的模型识别石刻劣化模式并绘制劣化分布云图；
11、步骤9：根据x射线荧光光谱结果计算不同病害的风化系数；
12、步骤10：根据区域内不同劣化模型的占比结合风化系数对该区域劣化程度进行评估。
13、在一种可选的方式中，所述步骤1中采用奥林巴斯szx16体视显微镜观察不同劣化条件下岩石样品的微观结构，使用奥林巴斯偏振显微镜bh-2测量了岩石薄片识别，使用cu-kα辐射通过x射线衍射检测粉末状岩石样品，使用x射线熔融光谱法分析化学成分。奥林巴斯szx16体视显微镜和奥林巴斯偏振显微镜bh-2都是高性能的显微镜，应用于生物学、材料科学、地质学等领域。cu-kα辐射是x射线衍射分析中最常用的辐射源之一，因为其稳定性和广泛的应用，成为材料科学、地质学、生物学等领域中重要的分析工具。x射线熔融光谱法是一种用于确定材料化学成分的分析方法。它通过测量样品在x射线照射下产生的荧光x射线的波长和强度，来识别和定量样品中的元素。
14、在一种可选的方式中，所述步骤2中采用便携式高光谱成像系统对样品进行高光谱信息的采集，该采集系统包括近红外光谱仪、可移动三脚架、数据传输装置、灰色面板、计算机。近红外光谱仪在几秒到几分钟内完成样品的分析，非常适合需要快速检测的应用场景，且分析过程中不会破坏样品，适用于珍贵或不可再生的样品分析，同时分析样品中的多种化学成分，提高了分析效率，设计紧凑，便于携带和使用。反射率为30％的25cm×25cm灰色面板，灰色面板用于校准光谱图像，因为反射率为99％的白色面板有时似乎曝光过度。
15、在一种可选的方式中，所述步骤2中校准反射率，以减少暗电流和照明产生的噪声影响，校准反射率的公式为：
16、
17、其中，其中i是像素索引，m0是原始高光谱图像的反射，ci是暗电流的折射图像，ni是灰色面板的参考图像。
18、在一种可选的方式中，所述步骤3中通过归一化处理光谱数据，将反射率映射到0到1之间的范围，归一化光谱反射率经过savitzky-golay滤波器处理。savitzky-golay滤波器能够有效地平滑数据，去除高频噪声，可以通过调整多项式阶数和窗口大小来适应不同类型的信号和数据，与简单的移动平均滤波器相比，savitzky-golay滤波器在平滑数据的同时，能够更好地保留信号的峰、谷和拐点等特征。
19、在一种可选的方式中，所述步骤3中归一化处理是一种基于局部多项式最小二乘拟合的平滑方法，其计算公式表示为：
20、
21、其中yj*是平滑的光谱数据，wi是移动窗口平滑中i个值的权重，z是平滑窗口的大小，d是移动窗口，值为2z+1。
22、在一种可选的方式中，所述步骤4中对采集的图像进行降噪处理，提取图像灰度特征，图像的灰度值在0-255之间，光谱反射率对应于图像同一区域的灰度值，便于相关性分析。
23、在一种可选的方式中，所述步骤4中使用均值过滤方法对图像进行去噪，均值滤波是一种常用的图像处理技术，主要用于去除图像中的噪声。其基本原理是用一个包含若干像素的窗口在图像上滑动，用窗口内像素的平均值来代替窗口中心像素的值。
24、在一种可选的方式中，所述步骤5中在相关性分析之前，将图像划分为160个区域(16×10)，并提取每个区域的光谱反射率和灰度响应，通过光谱指数分析光谱特征与岩石刻痕劣化模式图像灰度响应之间的相关性。相关性分析是一种统计方法，用于衡量两个或多个变量之间的关系强度和方向。这种分析可以帮助我们理解变量之间是如何相互影响的，以及它们的变化是否一致。
25、在一种可选的方式中，所述步骤5中采用归一化差值指数(fal)、差值指数(al)和比率指数(bl)来分析两个波长反射率的相关性，每个指数的计算如下：
26、
27、asl＝mλ1-m2
28、
29、其中mλ1是对应于λ1波长的反射率，mλ2是对应于λ2波长的反射率。
30、在一种可选的方式中，所述步骤5中为了提高表征物体特性的灵敏度，在以两个波长计算的光谱指数中添加了第三个波长。针对3个波长的相似形式，提出了关于3个波长的新改进光谱指数。
31、在一种可选的方式中，所述步骤5中提出关于3个波长的新改进光谱指数，应用整个数据集寻找最优波长组合和两个校正因子，三个波长归一化差值指数(fnf)、三个波长差值指数(ffi)和三个波长比值指数(fmi)表示为：
32、ffi＝mλ1-mλ2-αmλ3
33、
34、其中α,β是校正因子,其变化范围为-3到3(增量为0.5)，mλ1≠mλ本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用高光谱成像技术评估石刻劣化模式的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中校准反射率的公式为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中归一化光谱反射率经过Savitzky-Golay滤波器处理，Savitzky-Golay滤波器是一种基于局部多项式最小二乘拟合的平滑方法，它通过在一个移动窗口内对数据点进行加权拟合，能够有效地平滑数据，去除高频噪声，其计算公式表示为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中提取图像灰度特征，图像的灰度值在0-255之间，光谱反射率对应于图像同一区域的灰度值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中在相关性分析之前，将图像划分为160个区域(16×10)，并提取每个区域的光谱反射率和灰度响应，通过光谱指数分析光谱特征与岩石刻痕劣化模式图像灰度响应之间的相关性。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中采用归一化差值指数(FAL)、差值指数(AL)和比率指数(BL)来分析两个
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中在以两个波长计算的光谱指数中添加了第三个波长，针对3个波长的相似形式，提出了关于3个波长的新改进光谱指数，应用整个数据集寻找最优波长组合和两个校正因子，三个波长归一化差值指数(FNF)、三个波长差值指数(FFI)和三个波长比值指数(FMI)表示为：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤9中需要对每一像素点进形分类得到劣化模式分布云图，计算出每一劣化模式面积占比。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤9中风化指数(MI)计算如下：
10.根据不同劣化模式系数和区域内劣化模式占比计算出劣化指数(DI)，计算公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种利用高光谱成像技术评估石刻劣化模式的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中校准反射率的公式为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中归一化光谱反射率经过savitzky-golay滤波器处理，savitzky-golay滤波器是一种基于局部多项式最小二乘拟合的平滑方法，它通过在一个移动窗口内对数据点进行加权拟合，能够有效地平滑数据，去除高频噪声，其计算公式表示为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中提取图像灰度特征，图像的灰度值在0-255之间，光谱反射率对应于图像同一区域的灰度值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中在相关性分析之前，将图像划分为160个区域(16×10)，并提取每个区域的光谱反射率和灰度响应，通过光谱指数分析光谱特征与岩石刻痕劣化模式图像灰度响应之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海清，张庆明，刘士得，李星月，陈池威，居安华，彭礼鑫，李浩，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。