文物识别方法

摘要

本发明涉及一种识别方法，特别是涉及一种利用三维数据信息特征识别文物是否为原物的文物识别方法。它采用常规的非接触三维显微测量技术，对文物进行非接触测量，采集文物表面的三维数据信息，利用计算机对获取的文物表面的三维数据信息进行特征提取，获得一定高程范围内的三维数据点的投影图片和信息特征，实现计算机对文物三维信息的储存、建档、备案。这样，在文物交流、交换和出展的前后，分两次获得投影图片及其信息特征，进而支持文物是否为原文物的检验鉴定。因此，采用本方法可识别文物的真伪，从根本上防止文物被赝品替换，维护文物安全，保障文物价值，促进文物交流、交换和出展。本方法使用设备少，简便易行，应用前景和市场前景广阔。

权利要求

1.文物识别方法，它包括以下工艺步骤：

1)利用常规的文档管理软件，以文本方式将文物基本信息录入计算机的文档管理系统；

2)对文物进行测重、外观测量和相应描述，以文本方式把得到的信息录入计算机的文档管理系统；

3)对文物的表面按比例或者加比例尺进行拍照，并以数据文件的方式保存在计算机中；

4)选择文物表面不易被碰、擦、划、磨的部位，作为采集文物局部三维数据信息的区域；

5)确定采集文物局部三维数据信息的分辨率，所述分辨率为12微米、8微米、4微米、

2.75微米中的任一种，每一种分辨率在采集三维数据时，都要用到与其采集面积大小相对应的计算机模拟定位工具——红色矩形框；

6)从计算机中调取已经确定分辨率大小的相对应红色矩形框，放在文物表面整体比例照片或者局部比例照片上的局部三维数据信息采集区域处，指令红色矩形框与照片进行合成，得到标识有采集区域的模拟定位图片，并将图片信息保存在计算机中；

7)参照模拟定位图片上标识的相应采集区域，利用常规的三维数据采集仪，对文物表面相应采集区域进行三维数据信息的采集，获得采集区域的三维数据、显微照片、点云图，并将这些信息保存在计算机中；

8)利用常规的等高面截取软件，从三维数据中提取信息特征，获得三维数据点的投影图片及其信息特征，并保存在计算机中，所述信息特征提取的方法是：在点云图高度方向，利用常规的等高面截取软件，通过若干等高面等距横向切割，每次取两个相邻的等高面之间的各个三维数据点，并向水平面上进行投影，获得三维数据点的投影图片，图片中点、线、面的形态和相互位置关系的总合构成文物表面采集区域内的信息特征；

9)在文物备案并返回后，重复4)至8)的步骤，对返回文物的表面对应采集区域再次进行三维数据信息的采集和信息特征的提取，获得文物表面的投影图片及其信息特征，并将其保存在计算机中备检；

10)对先后两次获得的投影图片进行检验鉴定，得到文物是否为原物的鉴定结论。

2.根据权利要求1所述的文物识别方法，其特征在于：

所述6)步骤中的模拟定位的方法是：调取3)步骤中的数据文件，并以照片的形式显示在显示器上，或者，利用照相机对文物表面再次进行加比例尺的整体拍照或者局部拍照，将照片录入到文物信息管理系统中，并显示在显示器上；然后，用图片缩放软件将上述任一种照片放大或者缩小到与5)步骤中已确定的分辨率相适应的比例，得到一种定比例的缩放照片；再从计算机中调出5)步骤中已确定分辨率的红色矩形框，并将它移到缩放照片上，放置在4)步骤中选定的局部三维数据信息采集区域处；最后，在缩放照片上将红色矩形框叠加合成，得到标识有采集区域的模拟定位图片。

3.根据权利要求1所述的文物识别方法，其特征在于：

所述7)步骤中的三维数据信息采集包括以下工艺步骤：

a)将文物置于三维数据采集仪的载物台上，调整文物表面的三维数据信息采集区域，使该区域呈水平状态或使该区域与摄像机主光轴呈垂直状态；

b)在三维数据采集仪的显示器一角打开模拟定位图片，参照该图片中标识的相应采集区域以调整文物的位置，使摄像机传入到显示器上的文物图像的当前位置与模拟定位图片上矩形框标识的位置相一致；

c)利用三维数据采集仪并以6)步骤中的相同分辨率对文物表面选定的采集区域进行三维数据信息的采集，获得采集区域的三维数据、显微照片、点云图。

4.根据权利要求1所述的文物识别方法，其特征在于：

所述10)步骤中的检验鉴定的方法是：利用物证检验鉴定原理，检验先后两次获得的投影图片中的种类特征是否一致；如一致，再检验比对两投影图片中的细节特征，如仍然一致，则做出两文物为同一件文物的鉴定结论；若种类特征或者上述的细节特征不一致，则做出两文物不为同一件文物的鉴定结论。

说明书

文物识别方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种识别方法，特别是涉及一种利用三维数据信息特征识别文物是否为原物的文物识别方法。

背景技术

[0002] 目前，对馆藏文物、个人收藏文物的档案管理多为照相和文字记录的方法。因此，对文物的甄别多为表面观察，即凭借经验对文物的质地、色泽、包浆、风格并结合照片进行判定，但这只是一种感性的、浅表的认识，没有科学客观的检测数据作为判定依据。不同的文物专家对于同一件文物的识别，往往也会产生很大的意见分歧，导致判定结果截然不同。

[0003] 现在，常用“限制拍照”的方式来防止文物被复制，但这样的措施来维护文物安全是远远不够的，其原因在于：照片只能粗略记录文物表面的二维信息，不能很好地反映文物表面的深度信息，无法支持文物的三维信息备案，以建立文物的电子数据身份，因而在对文物进行检验鉴定时缺乏数据依据。

[0004] 当文物返还时，文物管理者、持有者往往怀疑或顾虑自己的文物被替换，容易引起不必要的争议、纠纷，甚至是犯罪，给文物的管理、交换、交流等带来很大的风险和限制，也给国家的馆藏文物或个人的收藏文物带来安全隐患。

[0005] 据申请人了解，目前尚无利用文物表面的三维数据信息特征以识别文物是否为原物的技术方案。因此，文物检验鉴定部门、文物保管者、文物持有者往往难以对文物是否为原物做出正确的识别。

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种文物识别方法，该方法使用设备少，简便易行。

[0007] 本发明提供了一种文物识别方法，它包括以下工艺步骤：

[0008] 1)利用常规的文档管理软件，以文本方式将文物基本信息录入计算机的文档管理系统；

[0009] 2)对文物进行测重、外观测量和相应描述，以文本方式把得到的信息录入计算机的文档管理系统；

[0010] 3)对文物的表面按比例或者加比例尺进行拍照，并以数据文件的方式保存在计算机中；

[0011] 4)选择文物表面不易被碰、擦、划、磨的部位，作为采集文物局部三维数据信息的区域；

[0012] 5)确定采集文物局部三维数据信息的分辨率，所述分辨率为12微米、8微米、4微米、2.75微米中的任一种，每一种分辨率在采集三维数据时，都要用到与其采集面积大小相对应的计算机模拟定位工具——红色矩形框；

[0013] 6)从计算机中调取已经确定分辨率大小的相对应红色矩形框，放在文物表面整体比例照片或者局部比例照片上的局部三维数据信息采集区域处，指令红色矩形框与照片进行合成，得到标识有采集区域的模拟定位图片，并将图片信息保存在计算机中；

[0014] 7)参照模拟定位图片上标识的相应采集区域，利用常规的三维数据采集仪，对文物表面相应采集区域进行三维数据信息的采集，获得采集区域的三维数据、显微照片、点云图，并将这些信息保存在计算机中；

[0015] 8)利用常规的等高面截取软件，从三维数据中提取信息特征，获得三维数据点的投影图片及其信息特征，并保存在计算机中；

[0016] 9)在文物备案并返回后，重复4)至8)的步骤，对返回文物的表面对应采集区域再次进行三维数据信息的采集和信息特征的提取，获得文物表面的投影图片及其信息特征，并将其保存在计算机中备检；

[0017] 10)对先后两次获得的投影图片进行检验鉴定，得到文物是否为原物的鉴定结论。

[0018] 所述1)步骤中的文物基本信息包括编号、种类、年代、名称、级别、来源、文物持有单位或者持有人的名称等。

[0019] 所述2)步骤中对文物的外观测量，需要测量文物的长、宽、高、直径等数据以及文物重量、文物表面形态、花纹形状的描述等。

[0020] 所述3)步骤中对文物的表面按比例或者加比例尺进行拍照，需要根据文物的具体情况而确定：对圆形体、方形体、多面体等文物需要进行各面的拍照；对钱币类文物需要进行正面和背面的拍照；对字画类文物仅进行正面的拍照；对体积较大的文物要进行整体和局部的拍照。

[0021] 所述4)步骤中文物局部三维数据信息采集区域的部位和数量，要根据文物的质地、种类以及文物表面的具体情况来确定，质地硬、不易变形的文物，采集区域可少一些；相反，采集区域可多一些。

[0022] 所述5)步骤中分辨率的大小与采集区域的面积大小成正比，与采集区域内三维数据点的多少无关(均为42万个)。分辨率数值越小，表明分辨率越高，反映文物表面的信息越丰富、越细致，且采集三维数据信息区域的面积越小。

[0023] 所述6)步骤中对于体积较小的文物，可直接调取3)步骤中的数据文件，用于得到模拟定位照片；而对于体积较大的文物，则需要进行大面积和小面积的按比例拍照，达到逐步确定采集区域的目的。这一步骤同时为本次采集三维数据和今后再次采集三维数据提供了相同的定位参照标准。

[0024] 所述7)步骤中的点云图是利用常规软件按照各个点的三维坐标值排列组成的。

[0025] 所述8)步骤中的投影图片源自于文物表面的三维数据。通过对投影图片中点、线、面形态的解析，可以获得文物表面凸处、凹处的分布形态和它们之间距离及相互位置关系的信息；获得线条宽窄的变化与文物表面纹理坡度“陡”与“缓”内在联系的信息；还可以获得线条构成的封闭图形内外轮廓形象、大小、形状和相互位置关系的信息。以上三维数据及其相互关系的总合，构成了文物表面固有的、客观的信息特征，且可以转化为文物特有的电子数据身份，进而支持文物的个体识别。利用人工或者机械的方法进行文物的仿制是可能的，但是在显微状态下其表面微小的三维数据信息特征是不可重建和仿制的。因此，在投影图片中反映的文物表面信息特征完全可以支持文物的原物识别。

[0026] 为能简洁说明问题起见，以下对本发明文物识别方法均简称为本方法。

[0027] 本方法采用常规的非接触三维显微测量技术，对文物进行非接触测量，采集文物表面的三维数据信息，利用计算机对获取的文物表面的三维数据信息进行特征提取，获得一定高程范围内的三维数据点的投影图片和信息特征，实现计算机对文物三维信息的储存、建档、备案。这样，在文物交流、交换和出展的前后，分两次获得投影图片及其信息特征，进而支持文物是否为原文物的检验鉴定。

[0028] 本方法对文物表面可实现三维数据、显微照片和文本信息的全面而科学的计算机综合管理，可实现文物三维数据信息特征的电子数据身份的建档备案，从根本上防止文物被赝品替换，维护文物安全，保障文物价值，促进文物交流、交换和出展。对文物进行三维数据信息的备案后，待文物返还时再按照备案的方法和步骤进行信息特征的提取，通过检验鉴定达到识别文物原物的目的。

[0029] 因此，采用本方法可识别文物的真伪，且本方法使用设备少，简便易行，应用前景和市场前景广阔。

[0030] 本方法中：

[0031] 所述6)步骤中的模拟定位的方法是：调取3)步骤中的数据文件，并以照片的形式显示在显示器上，或者，利用照相机对文物表面再次进行加比例尺的整体拍照或者局部拍照，将照片录入到文物信息管理系统中，并显示在显示器上；然后，用图片缩放软件将上述任一种照片放大或者缩小到与5)步骤中已确定的分辨率相适应的比例，得到一种定比例的缩放照片；再从计算机中调出5)步骤中已确定分辨率的红色矩形框，并将它移到缩放照片上，放置在4)步骤中选定的局部三维数据信息采集区域处；最后，在缩放照片上将红色矩形框叠加合成，得到标识有采集区域的模拟定位图片。

[0032] 所述7)步骤中的三维数据信息采集包括以下工艺步骤：

[0033] a)将文物置于三维数据采集仪的载物台上，调整文物表面的三维数据信息采集区域，使该区域呈水平状态或使该区域与摄像机主光轴呈垂直状态；

[0034] b)在三维数据采集仪的显示器一角打开模拟定位图片，参照该图片中标识的相应采集区域以调整文物的位置，使摄像机传入到显示器上的文物图像的当前位置与模拟定位图片上矩形框标识的位置相一致；

[0035] c)利用三维数据采集仪并以6)步骤中的相同分辨率对文物表面选定的采集区域进行三维数据信息的采集，获得采集区域的三维数据、显微照片、点云图。

[0036] 所述8)步骤中的信息特征提取的方法是：在点云图高度方向，利用常规的等高面截取软件，通过若干等高面等距横向切割，每次取两个相邻的等高面之间的各个三维数据点，并向水平面上进行投影，获得三维数据点的投影图片，图片中点、线、面的形态和相互位置关系的总合构成文物表面采集区域内的信息特征。

[0037] 所述10)步骤中的检验鉴定的方法是：利用物证检验鉴定原理，检验先后两次获得的投影图片中的种类特征是否一致；如一致，再检验比对两投影图片中的细节特征，如仍然一致，则做出两文物为同一件文物的鉴定结论；若种类特征或者上述的细节特征不一致，则做出两文物不为同一件文物的鉴定结论。

[0038] 本方法适用于古钱币、书画作品、瓷器类文物、金属类文物等是否为原物的识别。

附图说明

[0039] 图1是本发明实施例一中所述“银元1”的模拟定位图片；

[0040] 图2是本发明实施例一中所述“银元1′”的模拟定位图片；

[0041] 图3是对图1的三维数据信息进行采集后获得的点云图、显微照片；

[0042] 图4是对图1的三维数据信息提取信息特征后生成的投影图片；

[0043] 图5是对图2的三维数据信息提取信息特征后生成的投影图片；

[0044] 图6是本发明实施例二中所述“银元1”的模拟定位图片；

[0045] 图7是本发明实施例二中所述“银元1″”的模拟定位图片；

[0046] 图8是对图6的三维数据信息提取信息特征后生成的投影图片；

[0047] 图9是对图7的三维数据信息提取信息特征后生成的投影图片。

具体实施方式

[0048] 以下通过下面给出的两个实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。

[0049] 实施例一

[0050] 文物识别方法，它包括以下工艺步骤：

[0051] 本实施例中所述的文物分别为出展前后的两枚银元，依次命名为银元1、银元1′。

[0052] 1)出展前，对银元1进行观察、对持有人进行询问，得到银元1名称为“清朝光绪元宝”、年代为“清朝”、种类为“半圆”等信息，利用常规的文档管理软件，以文本方式将银元1的基本信息录入计算机的文档管理系统。

[0053] 2)对银元1进行测重、外观测量和相应描述，经观察和测量发现：银元1的重量为23.1克、直径为3.24厘米，银元1正面的中部有“光绪元宝”、下部有“库平三钱六分”、上部有“云南省造”的字样，银元1背面的中部有龙形图案、两侧各有一花朵，以文本方式把得到的信息录入计算机的文档管理系统。

[0054] 3)对银元1的正面和背面加比例尺分别进行拍照，并以数据文件的方式保存在计算机中。

[0055] 4)选择银元1表面不易被碰、擦、划、磨的部位，作为采集文物局部三维数据信息的区域，经观察，所述区域选择在银元1背面龙形图案中的龙珠的中下部。

[0056] 5)确定采集银元1局部三维数据信息的分辨率为4微米，该分辨率在采集三维数据时，都要用到与其采集面积大小相对应的计算机模拟定位工具——红色矩形框，以更好地反映银元1背面的细微特征。

[0057] 6)从计算机中调取与4微米分辨率相对应的红色矩形框，放在银元1背面整体比例照片上的局部三维数据信息采集区域处(即银元1背面龙形图案中的龙珠的中下部)，指令红色矩形框与照片进行合成，得到标识有采集区域的模拟定位图片，并将图片信息保存在计算机中。

[0058] 所述模拟定位的方法是：调取3)步骤中银元1背面的数据文件，并以照片的形式显示在显示器上；然后，用图片缩放软件将上述照片放大或者缩小到与5)步骤中已确定的4微米分辨率相适应的比例，得到一种定比例的缩放照片；再从计算机中调出5)步骤中已确定4微米分辨率的红色矩形框，并将它移到缩放照片上，放置在4)步骤中选定的局部三维数据信息采集区域处(即银元1背面龙形图案中的龙珠的中下部)；最后，在缩放照片上将红色矩形框叠加合成，得到标识有采集区域的模拟定位图片(参见图1)。

[0059] 7)参照模拟定位图片上标识的相应采集区域，利用常规的三维数据采集仪，对银元1背面相应采集区域进行三维数据信息的采集，获得采集区域的三维数据、显微照片、点云图，并将这些信息保存在计算机中。

[0060] 所述三维数据信息采集包括以下工艺步骤：

[0061] a)将银元1置于三维数据采集仪的载物台上，调整银元1背面的三维数据信息采集区域，使该区域与摄像机主光轴呈垂直状态；

[0062] b)在三维数据采集仪的显示器一角打开模拟定位图片，参照该图片中标识的相应采集区域以调整银元1的位置，使摄像机传入到显示器上的银元1背面图像的当前位置与模拟定位图片上矩形框标识的位置相一致(即均处于龙珠的中下部)；

[0063] c)利用三维数据采集仪并以6)步骤中的4微米分辨率对银元1背面选定的采集区域进行三维数据信息的采集，获得采集区域的显微照片、点云图及面积为2.24×3平方毫米、42万个数据点的三维数据(参见图3)。

[0064] 8)利用常规的等高面截取软件，从三维数据中提取信息特征，获得三维数据点的投影图片及其信息特征，并保存在计算机中。

[0065] 所述信息特征提取的方法是：在点云图高度方向，利用常规的等高面截取软件，通过若干等高面、以10微米的间距对点云图进行等距横向切割，每次取两个相邻的等高面之间的各个三维数据点，并分别向水平面上进行投影，获得6张三维数据点的投影图片，从6张图片中选择高程为21-30微米的一张能够丰富地反映银元表面特征的投影图片(参见图4)，图片中点、线、面的形态和相互位置关系的总合构成银元1背面采集区域内的信息特征。

[0066] 9)银元1出展后，对其命名为银元1′，重复4)至8)的步骤，对银元1′背面的对应采集区域(参见图2)再次进行三维数据信息的采集和信息特征的提取，获得银元1′背面的投影图片(参见图5)及其信息特征，并将其保存在计算机中备检。

[0067] 10)对先后两次获得的投影图片进行检验鉴定，得到银元1′为原物(即银元1)的鉴定结论。

[0068] 所述检验鉴定的方法是：利用物证检验鉴定原理，检验先后两次获得的投影图片中的种类特征，经检验：两投影图片的文字内容、花纹式样、直径一致；再检验比对两投影图片中的细节特征，经观察、测量、比较后发现：两投影图片中点、线、面的总体趋势一致，点、线、面所构成的图形的大小、形状及相互关系和距离相同，没有明显差异，因而，两投影图片中的种类特征一致、细节特征一致；

[0069] 参见图4、图5，所述检验比对两投影图片中细节特征的具体方法是：

[0070] a)对两投影图片中的信息特征相应区域进行同倍放大；

[0071] b)经详细观察、测量和比对，发现：两投影图片中所形成的线条的宽度、长度、位置、线条相互间的距离、线条构成的图形轮廓形状均相同；

[0072] c)从每一投影图片中再选择10处细节特征(均分别编号为1-10)以进行更加细致的比对，发现所述10处细节特征的数据点构成形状相同，再从系统中调取所述10处细节特征的三维数据进行比对，发现所述10处细节特征的三维坐标关系一致，且所述10处细节特征出现的部位、形状、相互距离、线条宽窄、分连状态及它们之间的相互位置关系均相一致；

[0073] d)两投影图片中编号分别为4号、9号的细节特征为凸处特征，且出现的部位、相互关系分别相吻合，以上构成两投影图片之间内在的、本质的一致性，具有排弃性；

[0074] e)银元1′投影图片中编号为9号的细节特征稍小，经放大后观察，该细节特征确实存在，且该细节特征与银元1投影图片中编号为9号的细节特征所出现的部位相同，两投影图片中编号为9号的细节特征在显微状态下出现的细微差异，是采集信息和提取信息特征时用等高面切割时的起点存在细微的差异所造成的，不属于本质差异。

[0075] 综上所述，两投影图片中的种类特征、细节特征均一致，在微观层面上这些特征是不可重建和复制的，银元1′认定为银元1的依据客观、充分，从而可做出两银元为同一枚银元的鉴定结论。

[0076] 实施例二

[0077] 文物识别方法，它包括以下工艺步骤：

[0078] 本实施例中所述的文物分别为出展前后的两枚银元，依次命名为银元1、银元1″。其中：出展前的那枚银元与实施例一中出展前的那枚银元为同一枚银元。

[0079] 1)-8)步骤的相关具体内容同实施例一。其中：6)步骤中得到标识有采集区域的模拟定位图片可参见图6；8)步骤中获得的高程为21-30微米的投影图片可参见图8。

[0080] 9)银元1出展后，对其命名为银元1″，重复4)至8)的步骤，对银元1″背面的对应采集区域(参见图7)再次进行三维数据信息的采集和信息特征的提取，获得银元1″背面高程为21-30微米的投影图片(参见图9)及其信息特征，并将其保存在计算机中备检。

[0081] 10)对先后两次获得的投影图片进行检验鉴定，得到银元1″不为原物(即银元1)的鉴定结论。

[0082] 所述检验鉴定的方法是：利用物证检验鉴定原理，检验先后两次获得的投影图片中的种类特征，经检验：两投影图片正面的文字内容、字体及大小相同，两投影图片背面的图案构成、花纹式样及形状大小一致，两投影图片的直径相同但表面铜锈略有不同，因而，两投影图片的种类特征一致；再检验比对两投影图片中的细节特征。

[0083] 参见图8、图9，所述检验比对两投影图片中细节特征的具体方法是：

[0084] a)经详细观察、测量和比对，发现：两投影图片中反映的点、线、面所构成的图形式样、大小、相互距离等均存在着明显的差异；

[0085] b)对两投影图片中的信息特征相应区域进行同倍放大，发现：两投影图片中线条的宽窄、长短均不相同，线条构成图形的内外轮廓、分布位置、面积大小、相互间的距离等均存在较大差异，两投影图片中细节特征出现的差异，属于本质差异。

[0086] 综上所述，两投影图片中的种类特征一致，但两投影图片中的细节特征不一致。在微观层面上这些特征是不可重建和复制的，从两银元三维数据中提取的信息特征出现的差异是客观和无法解释的，银元1″不为银元1的依据客观、充分，从而可做出两银元不为同一枚银元的鉴定结论。

[0087] 以上所述的仅是本发明的两种实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。如：5)步骤中所述采集文物局部三维数据信息的分辨率还可确定为其它种适用的分辨率；7)步骤中所述的三维数据信息采集还可包括以下工艺步骤：重复a)至c)的步骤，对文物表面的其它若干区域继续进行三维数据信息的采集。这样，可实现对同一件文物表面进行整体或者多处的三维数据信息的采集，其意义在于防止文物表面局部或者仅有的一个信息采集区域遭到损坏而无法支持检验鉴定。