基于数字化技术的古代洞窟壁画文物获取方法 本发明设计了一种基于数字化技术的古代洞窟壁画文物的保存记录方法。
洞窟壁画文物保存记录的传统做法是采用摄影摄像等方法，将壁画记录在胶片和磁带上。但是，这些传统的摄影方法并不能达到良好的保存效果，只能提供一个大致的影像，远远达不到记录的目的。而普通的数字化获取方法则没有一个通行的标准，存在着操作不规范，效果不理想的缺点。
本发明的目的是提供一种规范的操作规程，采用一些现在流行的数码相机、摄影器材和计算机软件，获取高准确度、高精确度的洞窟壁画文物图像并永久保存。
为了达到上述目的，本发明采取下列措施：
基于数字化技术的古代洞窟壁画文物保存记录方法的步骤如下：
1)使用位置分类法，按照壁画所在位置把壁画分割成普通壁画和垂直转折处壁画两类；
2)按照壁画测绘结果，采用分辨率计算法确定拍摄计划，即分辨率达到每毫米X像素，则每幅照片的覆盖范围为(3/X)×(2.2/X)米；当壁画的尺寸为：W米×H米，那么，这幅壁画需要拍摄H×W/2.2行，W×X/3列。
3)对于拍摄地每张照片在表格上记录：位置、序号、卡号、照相机、快门、镜头、光圈、距地距离、距墙距离、灯光、目录。
4)使用白板拍摄的方法调整闪光灯，即用一张白板，放在照相机视野的左部、右部、上部，各拍摄一张，根据拍摄结果调整闪光的方向；
5)采用古代洞窟壁画文物获取拍摄平台进行拍摄；在拍摄并备份好照片以后，使用计算机图像处理软件对拍摄好的照片进行图像拼接处理
本发明提供了一套获取洞窟壁画文物的完整规范、要求明确的操作步骤；可以在足够的精度与准确度上获取不可复原的古代洞窟壁画文物；可以达到对古代洞窟壁画文物的永久性保存。
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明
图1是壁画分割示意图；
图2是色标板示意图；
图3是判断闪光情况方法示意图；
图4是普通壁画拍摄平台示意图；
图5是垂直转折壁画拍摄平台示意图。
基于数字化技术的古代壁画文物保存记录方法要求的设备包括：KodakDCS660相机一台，Macintosh笔记本电脑两部，拍摄支架一套(具体情况见下文)，闪光灯及附属设备，记录纸，色标板，标尺，照相机配存储卡两张以上，相机、电脑、存储卡，若数量多于一个，都需要编号，便于管理；其方法步骤如下：
1、使用位置分类法，按照壁画所在位置把壁画分割成普通壁画和垂直转折处壁画两类：按照拍摄对象的位置，需要两种不同的拍摄平台。
古代洞窟普通壁画文物获取(普通)拍摄平台：用于幅面基本平整并呈现较为规则的矩形的壁画，例如大多数洞窟的四壁上的壁画和披上的壁画；它具有平台框架8，在平台框架上方设有万向臂1，在万向臂上设有闪光灯具2，在平台框架下方设有照相机云台10，在云台下固定有卷尺，在照相机云台上设有照相机7，在平台框架上方设有可转式滑动连接件6，并与水平滑杆9相接，水平滑杆与两主支撑滑杆4相接，主支撑滑杆下设底座5，在水平滑杆和主支撑滑杆上设有刻度。
古代洞窟垂直转折壁画文物获取(垂直转折处)拍摄平台：用于洞窟墙壁转折连接处的壁画；水平方向上的转折处壁画可以通过上述平台略微调整拍摄，垂直方向上的转折处可以使用这种平台；它具有平台框架11，在平台框架上方设有万向臂1，在万向臂上设有闪光灯具2，在平台框架下方设有照相机云台10，在云台下固定有卷尺，在照相机云台上设有照相机7，在平台框架上设有固定连接件3，并与主支撑滑杆4相接，主支撑滑杆下设底座5，在主支撑滑杆上设有刻度。
拍摄前要将洞窟壁画分块，使之分别符合相应的拍摄条件。拍摄壁画时，就使用相应的拍摄平台。拍摄平台的具体安装方法参考使用说明。
2、按照壁画测绘结果，采用分辨率计算法确定拍摄计划：
事先需要准备好的内容有：壁画的测绘和拍摄记录的制定，照相机距墙面距离的确定。其中，壁画测绘主要就是为了制定拍摄记录。
拍摄记录主要有这么几个内容：墙面分割示意图，拍摄记录表格，色标板。KodakDCS660的分辨率可以达到6,600,000像素，所以，每张照片可以覆盖的范围很大。但具体的覆盖幅面的确定需要看具体的壁画文物的情况，根据要求进行计算。
如果要求的分辨率必须达到每毫米x像素，则每幅照片可以覆盖的幅面为：(3/x)×(2.2/x)米。确定的幅面最好比计算得到的数值略小一些。
有了上述结果以后，可以确定照相机距壁画墙面的距离，这可以通过使用照相机、标尺实际拍摄来完成。
同时，还可以确定整幅壁画的照片拍摄数量，并画出壁画的分割情况。当壁画的尺寸为：W米×H米，那么，这幅壁画需要拍摄H×W/2。2行，W×X/3列。
一般我们规定，壁画的行从下往上标示为：A、B、C、D……；列从左往右标示为：1、2、3、4……。
3、对于拍摄的每张照片在表格上记录
拍摄记录需要表格若干份，其形式如下：
位置是行号加上列号，例如：1C，4D，可以根据位置这一项的内容从“壁画分割情况图”上立刻看出照片覆盖的幅面在整个壁画的位置如何。
序号也就是照片的文件名，KodakDCS660可以自动为每一张照片设定一个唯一的文件名。
卡号是照相机所用存储卡的卡号，一般说来，拍摄工作可能使用不止一个存储卡。
照相机是记录拍摄这张照片使用的相机编号，如果条件许可的时候，可能一个工作组会有两台甚至两台以上的照相机同时工作，这时，就需要记录拍摄相机的情况。
快门、镜头、光圈是拍摄时照相机参数的设定情况。
距地距墙是拍摄时照相机距离地面和墙面的距离情况。
灯光是拍摄时的闪光灯情况。
目录是照片在计算机外存上存储的目录。
色标板是用来拍摄进照片中的记录，它的具体情况见下面的示意图：
色标板上的内容需要拍摄每一行时再进行确定和填写；位置序号卡号灯光快门镜头光圈距地距墙目录照相机
4、使用白板拍摄的方法调整闪光灯，
灯光的安置与照相机的安置
灯光的安置包括：安装闪光灯和柔光罩，安装反光板，调整灯光的射向和反光板的布局。
照相机的安置包括：将照相机固定在照相机平台框架上，调整水平，确定光圈、快门的设定和照相机上各种参数的设定。
这两个安置的调整部分，是需要同时进行的。调整的时候，可以查看拍摄得到的照片的直方图(Histogram)来判断拍摄的曝光情况。
进行反光板和闪光灯的射向调整的时候，按照图3的办法判断灯光是否已经均匀合适。其中，细线框表示照相机拍摄的视野，粗线框表示白色的反光板；当拍摄的反光板亮度基本一致时，就认为光线已经足够均匀了。
5、采用古代洞窟壁画文物获取拍摄平台进行拍摄；在拍摄并备份好照片以后，使用计算机图像处理软件对拍摄好的照片进行图像拼接处理。
1)拍摄的主要流程是：
(1)在闪光灯和照相机全部设定好以后，选择一端作为起点；
(2)试拍一张，查看效果；
(3)开始拍摄，拍摄按行进行，每行均遵循如下的次序：试拍、色标板、标尺、一行的壁画照片若干张、标尺、色标板；
(4)每一张都需要在记录纸上做记录。记录表格见前文；
(5)根据壁画的大小和照相机存储卡的大小，每拍摄完一行或两行以后，取出照相机中的存储卡，交给手提电脑，传输数据。照相机换一张卡，继续工作；
(6)每天工作之后，两部电脑内的数据都需要备份。一般采取相互备份的办法，可靠度就足够了；
2)利用图像处理软件拼接壁画照片利用图像处理软件拼接照片的主要步骤是：
(1)以该幅面的某一端作为起点；
(2)原始的照片绝对不要改动。拷贝出一份，作为工作时使用的照片；
(3)打开相应的起点照片，这张照片将作为以后的工作区域图片；
(4)选择Photoshop菜单选项Image-＞Canvas Size，将画布扩大，以容下其余的照片；
(5)打开下一张相邻的照片；
(6)将这张照片全部选中(Ctrl+A，Ctrl+C)，拷贝(Ctrl+V)进我们的工作区域图片中，这时候，工作区域图片会自动开一个新层的；
(7)将新层的透明度调节到50％左右，然后移动到拼接最为合适的位置上，一般是使它们相交区域的中心位置最为贴切；
(8)打开新层的蒙罩；
(9)选择前景色和背景色为缺省颜色(直接按D键)，选择线性渐变工具；
(10)在最为贴切的重叠部分，用渐变工具修改新层的蒙罩，需要显示的部分为白色，需要隐藏的部分为黑色，中间过度部分以较少为适宜；
(11)将透明度改回100％，观看效果；
(12)如果整体上还有问题，略微调整新层的位置；
(13)选择画笔，将工作区域图片放大至100％，将一些细节部分通过修改蒙罩，使得选取一致，避免出现错位现象；
(14)如此继续，直至一行拼接完成；
(15)在第2行开始时，第1张需要与其上的照片拼接。而第2、3、4…等照片则既需要与其上又需要与其右的照片拼接，需要两次对蒙罩修改；
(16)某些情况下，会出现图像明显的扭曲现象，这主要是由于墙面的起伏和照相机本身没有完全调整正确，此时需要对图片做轻微的扭曲变形调整；
(17)返回步骤5，直到所有照片均已处理过。
(18)所有的照片都拼接完成后，先把结果图片存储成.psd格式。然后，把所有的Layer合并，存储一张.tiff格式文件。这就是我们最终得到的壁画图像文件。
实施例
现以敦煌第3窟的壁画为例，它的拍摄获取过程如下：
划分洞窟内壁画情况，确定需要使用的拍摄平台。根据第3窟的洞内情况，我们把它划分为九幅平面壁画和十二个转折连接。平面壁画均使用普通拍摄平台，转折连接处壁画分别采用普通拍摄平台和垂直转折处拍摄平台；
测绘壁画尺寸，确定每块壁画的幅面大小；
根据壁画内容，确定分辨率要求为：3pixel/mm；
计算每张照片的覆盖幅面为：30inch×20inch；计算每块壁画的照片数量；绘制墙面分割图和制作记录表格；
对于每块壁画，完成如下两步：
1)安装拍摄支架、闪光灯和照相机，并按照上述方法调整直到合适；
2)按照上述步骤，开始进行拍摄，获取数据；
按照正文所述拼接步骤，进行图片拼接，获取最终结果；
最后，得到二十一幅色彩与壁画原物非常一致、精度完全达到保存目的的图像文件。