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第二章 文物形态结构与组成分析研究 第二节 文物形象观察. 随着考古技术的不断发展和文物研究方法的不断改进，越来越多的现代工业手段被引入文物研究中的观察环节，使得我们可以透过表面形态观察文物的内部信息，为文物研究和文物修复、保护提供肉眼无法看清的内部信息。 目前使用比较成熟的技术有： 一、 X— 射线照相技术 二、中子射线照相技术 三、红外成像技术. 一、 X— 射线照相技术及其应用. X －射线发现于十九世纪末，当时被用于医学方面。 X 光照相技术，应用于文物艺术品的研究，始于本世纪二、三十年代。. X －射线的主要应用是：
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第二章 文物形态结构与组成分析研究 第二节 文物形象观察 随着考古技术的不断发展和文物研究方法的不断改进，越来越多的现代工业手段被引入文物研究中的观察环节，使得我们可以透过表面形态观察文物的内部信息，为文物研究和文物修复、保护提供肉眼无法看清的内部信息。 目前使用比较成熟的技术有： 一、X—射线照相技术 二、中子射线照相技术 三、红外成像技术
一、 X—射线照相技术及其应用 X－射线发现于十九世纪末，当时被用于医学方面。X光照相技术，应用于文物艺术品的研究，始于本世纪二、三十年代。 X－射线的主要应用是： 通过观察文物内部的形态，反映其相关的结构特征、古代及近现代修复痕迹等，为器物真伪的辨别和古代工艺、技术的研究提供依据。
（一） X光照相技术原理 I=κ 式中： I为X光在D处的辐射强度， mA为X光管电流， κV为X光管电压， D为距焦面的距离， n为指数(取决于管电压及滤波特性，一般取2-5)。 在D处，X光辐射剂量Dose的大小是与时间t相关的物理量： X光照射时间越长，D处所受的X光辐射累积量就越大，是正比关系： Dose=I·t
Dose= 式中Dose就决定了X光片上的曝光量。 参数mA、t、D仅对胶片的曝光量有一定的贡献，而管电压kV不仅对胶片的曝光量有影响，并且决定胶片中物体透射像的黑白对比度：硬X光产生的对比度小；软X光产生的对比度大，而且能够表现更多的细节。
X光作为一种电磁波，当它与场内的物体作用时，具有电磁波的普遍性质。当X光在辐射范围内传播遇到物体时，一部分被反射，一部分被透射，一部分被吸收。 假如物体为均质，厚度为h，X光经过它后，其 衰减强 度符合下面的规律： 式中：e为自然对数的底（e＝2.718） μ为物体的衰变系数。
对于均质材料的物体来讲，假如用两张胶片分别置于物体前后，用同样的参数曝光，那么物体前一张胶片上的曝光量大于后一张，X光片上的特征是前一张要比后一张黑。假如在这一均质材料物体内有一正方体的空洞，那么经过这一空洞的X光能量相对其他部位衰弱的就要弱些，反映在X胶片上，这个部位由于所透过的X光多相对其他位置稍黑。 实际中的物体情况是比较复杂的，大多为非均质材料，那么X光经过物体后，吸收X光的局部差别就会表现出来，呈现在胶片上或明或暗。通过记录在X光片物体透视影像的丰富信息及其特征，来判断文物内部的结构特征，或者相关的其它特征，如文物保存状况、前修复痕迹、相关历史艺术信息、相关器物制作工艺特点等。
通常，X光在波长范围为0.01～100Å，两边分别与紫外线及γ射线相重叠，其中，1Å～0.05Å或更短，称为硬X光，波长大于0.5Å则称为软X光。通常，X光在波长范围为0.01～100Å，两边分别与紫外线及γ射线相重叠，其中，1Å～0.05Å或更短，称为硬X光，波长大于0.5Å则称为软X光。 硬X光能量比较大，穿透能力比较强，多用于金属文物、大型石雕刻等的研究； 软X光能量比较小，穿透能力弱（因被物体强烈吸收），但能更多的表现内部信息的细部，一般主要用于陶瓷器、漆木器、古字画、薄壁金属文物、玉器、及小件石刻的分析研究。
（二） X—光设备及试验方法 X光机主要由X光发生器、高压变压器、控制箱及其他附属配件构成。
（三） 在文物及考古学研究中的应用 X光经过物体后的衰减，决定于物体的衰减系数μ和物体厚度h。 非均匀材料对X光的吸收不同，在X光片上会以不同的黑白对比形式表现出来；均质材料厚度不同，对X光的吸收也不同，同样在X光片上表现出不同的黑白对比度。 通过X光片上所成文物的X光像，判断相关文物的一些对应信息，如反映文物破损程度、前修复痕迹等，提取文物相关历史和艺术信息（文字、装饰花纹），显示器物内部技术结构特征等，为文物保存状况的评估、历史学和艺术形式的研究及古代工艺技术的探索提供直观的科学依据。
1.在古陶瓷研究中的应用 左为汉代彩俑的正面X光片，显示出陶俑头部和身体中空；右为彩俑的侧面X光照片，中间发现一条沿垂直方向的裂隙。 由X光片提供的信息判断，俑应为前后两部分别模制，之后粘接在一起，修整后入窑烧制，再打底施彩。
该瓷器的壁厚较厚, 器身与圈足的影像对比度不是太明显, 在器身部位可看到有数条呈圆周形分布的因拉坯工艺形成的气孔带( 标注1 处)。
图5该瓷器的壁厚较薄, 器身与圈足的影像对比度明显,圈足未穿透, 其余部位均已穿透。器身上见有许多断断续续呈圆周形分布的气孔( 标注1) , 较有规律性, 其放大影像见图6; 圈足中间部位的器底上, 气孔杂乱而粗大( 标注2) , 与器身上的气孔情况相异。
2.在古代书画研究中的应用 原画被污染而画面不清。从影像中灰度对比的深浅可判断猫的胡须( 标注1) 、眼睫毛( 标注2)的颜料、脸部及颈部( 标注3)等图象。而且, 从眼睫毛颜料右边比左边要深, 可以分辨其是以从右到左的顺序来运笔勾画的。
图9 标注3 处是装裱线; 标注2 处的不完整印章被裁切了而非覆盖; 标注1 处的印章由于朱砂(主要成分为HgS) 严重脱色而肉眼难以辨认。利用朱砂与纸张纤维的密度差异, 通过软X射线检测以及图10 的图象处理, 增强了模糊印章的释读性。并且, 即使在印章上裱覆一层纸亦能清晰地将其在影像中反映出来。
3.在木质文物研究中的应用 图11 木雕残缺的右手臂与身体是以榫头插接方式加工结合起来的, 图12 放大图象中清晰反映了衔接插孔的结构、榫头孔的深度和大小等信息。另外, 图象中亮白线条显示的是木雕身上微凸的衣领及腰带, 做工精细, 在影像放大的情况下更容易看清。同时还可以看到, 木雕内部的木质比较致密和均匀,没有发现其他病害情况。
该木雕由于霉菌的侵蚀已经出现表面粉化。X 射线检测发现木雕的木质疏松, 内部开裂较为严重,保存状况较差, 但无虫蛀孔洞( 标注1) 。另外, 标注2 处的亮白区域是未完全脱落的涂金部分, 从其分布可以推断木雕当初应全身经过涂金处理。
4.在金属文物研究中的应用 标注1使用的小垫片数量较多；鼎足及鼎耳中呈高黑度影像, 并存在泥芯支钉孔；耳、足是空心的, 铸造时采用了下泥芯整体浇注的方法；可清晰地看到一条沿着鼎腿向上的白线, 这是陶范铸造时留下的分范线；a 处为垫片产生的影像, b 处是铜器局部腐蚀引起的影像。
标注1 处是铁刃嵌铸于青铜内中联接情况: 铁上存在两条细裂纹并已有严重腐蚀; 不规则形状的铁部分可以防止铁刃脱落, 其尾部还有一个冷隔孔。标注2的比较明亮整体部分, 是外观可见的青铜部分。标注3 处是深度腐蚀的铁刃部分, 铁基体已基本腐蚀殆尽, 从X 光底片上已很难看到影像。该戈经进一步检验证明是人工冶铁。
此盘经过修复处理, 许多信息被覆盖, 但在X 光底片影像上可以展现得一目了然。其中, 标注1 处是铸造垫片; 标注2 处等明亮线条是修复时使用的铅锡焊料; 标注3 处是仍存在的部分裂纹; 标注4 处是铸造的铭文; 标注5 处是青铜基体局部成片腐蚀而形成的分界线影像。
一件七世纪错银铁器，从照片中可以看到器体遭到了严重的腐蚀，似乎基体已完全矿化且脆弱，该器物的X光片却显示出了其表面精美的纹饰。
一件父丁盘，根据其纹饰，造型，这件器物被定为春秋时代。x光片看到，盘子中间镶了块刻有铭文的青铜器残片，残片四周与盘于衔接处的焊锚部分清晰可见 。通过对检测结果的分析发现两部分器物本不是一体，应是后人在春秋的蟠螭纹盘上镶焊了一块商代带铭文的青铜残片后作伪而成的。
二、中子射线照相技术 1948年Kallmann开始了中子射线照相技术的研究，当时主要运用热中子作为激发源。 1975年，Hilling,O.H首先将这种技术运用于文物研究中，通过对一件中国早期青铜礼器拍片研究发现，青铜礼器的一个足中有泥范心存在。 通过对印度的一尊大约800A.D的佛像研究发现，在佛像中存在有不同金属针和胶结物。 P.Jtt,S.Sturman运用这种技术发现在埃及青铜猎鹰雕像的内部有骨头存在。
(一) 原理及仪器 1．原理及与X照相法的比较
两种检测方法的不同之处在于： （1）中子射线照相法（NR）的激发源用的是热中子，而X射线照相法用的是X射线。 （2）中子射线照相法可穿透的是较厚的物质，而X射线照相法正相反，主要以穿透较薄的物质为主。 （3）在对金属、有机物、陶瓷器进行检测时，X射线照相法所需要的检测源的能量是不同的，因此，无法在同一张光片上观察到不同种类的物质，而中子射线照相法解决了这一问题，不同质地的物质均可在一张光片上显现。
2．仪器设备 由中子光束发生器，检测器，CCD摄像系统，数据收集器几部分组成。 图x2.21 中子射线照相法设备组成示意图
（二）中子摄像技术在文物中的应用 中子射线照相法可用于检测各类质地的文物，并可在同一张光片中显示不同质地的文物影像，这是中子射线照相法的最大优点。但是中子照相技术在显现被锈蚀覆盖的纹饰方面不如X射线照相法清楚。
三 红外成像技术 红外成像技术于30年代就已经运用于古代文物和艺术品的鉴别。 但由于红外摄影操作比较复杂，在实际应用中，难以推广。随着科学技术的发展，人们发现红外技术与电视摄像结合在一起的红外成像技术，比红外摄影要方便得多，因此受到文物工作者的重视。国外应用红外成像技术来检测油画及艺术品，以研究画家创作技法的演变及隐藏于覆盖层下的损坏、剥落或修复情况信息的获取。 我国在70年代，上海新跃仪器厂和上海博物馆合作，应用这一技术对受污损的宋代绢画《卧猫》进行了观察,受污损的部分能清晰地在荧光屏上显示出来.
（一）原理及方法 1.红外摄像的原理
2.方法 红外光源地波长分别为0.85μm及0.92μm两种单色光源以适应不同需要。也可使用白炽灯。白炽灯发光地波长范围约在0.4－2.5μm内的连续光，因此具有相当大的红外成分。 滤光片用特制的玻璃制成，对可见光不透明，对波长为1－2μm的红外光的透射率为0.4。使用滤光片的目的是不让可见光进入摄像头内，以提高红外信号的信噪比。 CCD摄像头的分辨率为600线低照度（0.01LUX）的黑白摄像头，输出信号为PAL制式的视频复合信号。 因计算机屏幕的显示原理与电视不同，所以，信号在送入计算机之前先经过专用的图像转换卡转换成计算机能接受的制式。视频的捕获分辨为640×480。
（二）红外摄像技术在文物中的应用 1.被墨水沾污的图片的复现
