一种用于纺织品文物劣化程度鉴别的无损检测系统及方法

本发明涉及文物保护领域，具体涉及一种用于纺织品文物劣化程度鉴别的无损检测系统及方法。

背景技术：

1、纺织品文物作为人类创造的物质文化遗存和精神文化的物化遗存，其除了固有的审美和艺术价值外，还蕴含着丰富的历史信息、科技信息和文明信息。同时，纺织品文物也是研究历史、科学的重要素材，是创造社会主义新文化取之不竭用之不尽的源泉。然而，不幸的是，纺织品文物又属于一种长时间被泥土、腐败生物质、棺液、霉菌等埋藏环境浸蚀的文物，故其出土时，已出现不同程度的劣化甚至损毁。但是，目前关于纺织品文物劣化程度鉴别与检测方法的研究并不多。

2、目前关于纺织品文物劣化程度评价主要采取氨基酸分析、红外光谱分析、显微镜放大观察、表面电阻法、主观经验评测等方法。显然，氨基酸分析、红外光谱分析、显微镜放大观察需要测试样品制备，而纺织品文物属于国家珍贵资源，具有特殊的唯一性和不可再生性及不可替代性，故此类检测方法存在一定的局限性。表面电阻评估法虽然无需制样，但是纺织品文物具有吸湿回潮性能，很容易受吸收环境中的湿度，导致其电学性能显著变化，故使用表面电阻评估纺织品文物的劣化程度精度不高，且随环境波动较大。而且表面电阻法仅能给出纺织品文物劣化等级，并未能给出纺织品文物的劣化类别、劣化位置，更没有将其劣化情况进行数字化成像显示。而依据主观经验进行纺织品文物劣化程度判定又存在易受评测人员经验、个人喜好、心情等人为因素的影响，结果可靠性较低。

3、此外，纺织品文物劣化程度鉴别也是后续文物清洗、加固、复原等保护工作的基础，故急需一种可以快速、高效、精准、无损地鉴别，并图像化地显示纺织品文物表面、内部劣化情况的检测方法。同时，太赫兹波(terahertz waves，thz)又名亚毫米波，属于电磁频率范围为0.1-1.0thz，波长为0.03-3mm，处在红外与微波之间,具有对非金属材料的强穿透能力、非接触相干检测、对待测样品和操作人员安全等优点，已成为一种新型的无损检测补充手段，被广泛的应用于光谱分析、医学成像、通信技术、安全检查等。而且，太赫兹光谱能敏感的检测分子间弱作用力、分子骨架振动，以及晶格振动的差异，可准确鉴别同类纤维。相反，常用的红外光谱法，主要反应分子中官能团的振动和转动，故其仅能对不同类的纤维进行区分，但是对同类纤维不能直观地反应其差别。而纺织品文物一般是指被长时间掩埋地下后挖掘出来的棉麻丝毛四大类纤维组成纺织品，但其涉及的具体纤维成分有很多，例如，麻纤维类纺织品文物分为苎麻纤维和大麻纤维，蚕丝纤维类纺织品文物又分为桑蚕丝和柞蚕丝等。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用于纺织品文物劣化程度鉴别的无损检测系统，所述系统包括：fmcw太赫兹收发一体辐射源、数据采集模块、成像处理模块和显示器；

2、所述fmcw太赫兹收发一体辐射源用于向纺织品文物发射太赫兹信号，对纺织品文物扫描投影后接收扫描后的太赫兹信号，并对所述扫描后的太赫兹信号进行差频处理，得到处理后的模拟信号；

3、所述数据采集模块用于接收采集目标位置处理后的模拟信号，将所述处理后的模拟信号转换为数字信号；

4、所述成像处理模块用于将所述数字信号进行映射、拼接后，得到太赫兹无损检测图像；

5、所述显示器用于使用二维间隔平滑法对所述太赫兹无损检测图像进行纺织品文物劣化定位，利用多尺度变换和稀疏表示图像融合算法进行纺织品文物劣化程度的数字化显示。

6、可选的，所述无损检测系统还包括扫描步进模块，所述扫描步进模块用于使用上位机控制步进电机的运动轨迹，得到采集目标位置。

7、可选的，所述fmcw太赫兹收发一体辐射源得到处理后的模拟信号的工作流程包括：

8、将发射的太赫兹信号经由准直光路聚焦之后投影到所述纺织品文物上，完成对所述替代样的扫描；

9、将扫描每一点时获取的差频信号转换为该点的灰度信息，根据所述灰度信息输出两路模拟正交信号。

10、可选的，所述成像处理模块还包括进制转换子模块和层级拼接子模块；

11、所述进制转换子模块用于将获取的二进制数字信号换算为八进制，映射到0-255之间，将映射值与图像灰度级对应；

12、所述层级拼接子模块用于拼接不同层的图片，得到一个三维矩阵，所述三维矩阵用于反应所述纺织文物替代样的太赫兹反映特性，根据所述太赫兹反射特性得到太赫兹无损检测图像。

13、可选的，所述显示器包括劣化定位子模块和成像子模块；

14、所述劣化定位子模块用于使用二维间隔平滑法对所述太赫兹无损检测图像进行劣化定位；

15、所述成像子模块用于基于劣化定位，利用多尺度变换和稀疏表示图像融合算法进行纺织品文物劣化程度的数字化成像显示。

16、可选的，成像子模块的工作流程具体为：

17、基于所述劣化定位，使用多尺度变换处理两个太赫兹无损检测图像a和b，高通带和低通带图像分别表示为{ha1、ha2、ha3、la4}，尺寸分别为140×54、70×28、36×14、18×7；

18、使用系数表示融合低通带图像，la4和lb4被转换为低通向量la4和低通向量lb4；

19、将低通向量la4和低通向量lb4进行绝对值最大策略融合，得到全通融合矩阵{e(1)、e(2)、e(3)、e(4)}；

20、使用所述全通融合矩阵和低通融合矩阵得到最终融合图像。

21、本发明还公开一种用于纺织品文物劣化程度鉴别的无损检测方法，所述方法包括：

22、向纺织品文物发射太赫兹信号，对纺织品文物扫描投影后接收扫描后的太赫兹信号，并对所述扫描后的太赫兹信号进行差频处理，得到处理后的模拟信号；

23、接收采集目标位置处理后的模拟信号，将所述处理后的模拟信号转换为数字信号；

24、将所述数字信号进行映射、拼接后，得到太赫兹无损检测图像；

25、使用二维间隔平滑法对所述太赫兹无损检测图像进行纺织品文物劣化定位，利用多尺度变换和稀疏表示图像融合算法进行纺织品文物劣化程度的数字化显示。

26、可选的，向纺织品文物发射太赫兹信号，对纺织品文物扫描投影后接收扫描后的太赫兹信号，并对所述扫描后的太赫兹信号进行差频处理，得到处理后的模拟信号的方法具体包括：

27、将发射的太赫兹信号经由准直光路聚焦之后投影到所述纺织品文物上，完成对所述替代样的扫描；

28、将扫描每一点时获取的差频信号转换为所述点的灰度信息，根据所述灰度信息输出两路模拟正交信号。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

30、本发明通过对成像模式的调节和后期的太赫兹数据处理，不仅可以迅速、高效、精准、无损地识别与呈现纺织品文物劣化程度，也可以准确区分纺织品文物的纤维属性，尤其是同类纤维成分，有效弥补红外光谱可准确鉴别纺织品文物纤维大类，但同类纤维无法准确识别的缺陷。同时，此发明还提供了一种只需分析含有劣化结构的纺织品文物检测数据，无需纺织品文物劣化前的结构数据或理论、计算结果作为对比信号，即可准确判定劣化的存在，并能准确定位。本发明提出利用太赫兹技术进行纺织品文物劣化程度鉴别的无损检测方法，其方法不仅在实现纺织品文物无损检测与成像的同时，也可精准鉴别同类纤维的具体成分，为后续的加固修复材料的选取提供依据。