云南曹溪寺华严三圣的X光照相检测及初步研究

相建凯，张 刚，董少华

(砖石质文物保护国家文物局重点科研基地(陕西省文物保护研究院)，陕西西安 710075)

王泽昊

(北京国文琰信息技术有限公司，北京 100101)

0 引 言

曹溪寺是全国重点文物保护单位，位于云南省安宁市龙山东麓。20世纪40年代初，建筑学家梁思成游寺后认为曹溪寺具有宋代建筑风格，寺内大雄宝殿属大理国时期建筑。大雄宝殿内，正面供奉西方三圣，壁后供奉华严三圣。其中，华严三圣属于木雕造像，1956年经全国佛协副会长周叔伽鉴定为宋代遗物。

曹溪寺华严三圣木雕造像距今已有上千年的历史，为了更好地了解文物和保护文物，掌握其制作工艺、修复历史和保存状况是非常有必要的。但由于历史久远，这些信息很难从文献中获取，因此需要借助于现代科技检测手段。选择X光照相检测，因为它是一种无损检测技术，且检测结果直观，广泛应用于各类文物的检测分析中[1-7]。目前，大型木雕造像的X光照相检测文献鲜有报道，本工作对此进行了有益尝试。

1 检测设备和方法

1．1 检测对象和设备

曹溪寺华严三圣照片如图1所示，释迦牟尼佛居中，文殊菩萨、普贤菩萨左右协侍。其中释迦牟尼佛造像高约310 cm，宽约180 cm；胁侍菩萨稍小，高约270 cm，宽约150 cm。三尊木雕造像整体完整，表面描金，背后有装脏孔。X光照相检测的范围为造像的头部至莲花座，不包括背光和须弥座。未检测背光是因为背光与墙体相连，成像载体无法放置到背光与墙体之间；而须弥座则是由于其厚度过大，结构信息在检测图像中不易分辨。

图1 三尊木雕Fig.1 Three wooden statues

X光照相检测使用的是大连西奥特检测设备有限公司的THX-3006TD型X光机，其射线管电压范围为150～300 kV，最大管电流6 mA，设备照片如图2a所示。成像系统使用的是德国DUERR公司CRNet/HD-CR 35 NDT Plus成像系统，成像载体IP板(Image Plate)型号为HD-IP Plus 35 cm×42 cm，检测图像的像素大小为100 μm，设备照片如图2b所示。该成像系统采用的是计算机X线成像(Computed Radiography，CR)技术，CR技术将传统胶片成像的暗室处理过程简化为IP板的扫描过程，光线条件要求低，成像速度快，非常适合于现场检测工作。另外，得到的检测图像为数字图像，便于编辑、存储和使用。

图2 检测设备Fig.2 Testing equipment

1．2 检测方法

为了尽可能多地获取造像信息，根据造像体量大而成像载体尺寸小的实际，X光照相检测采取了自上而下分段拍摄的方法。具体操作时，将两张IP板并列放置于木雕造像本体与背光之间同时进行拍摄，并在两张IP板的重叠处放置了“2”和“8”两个铅字进行标记，这样可以方便后期图像拼接。另外，由于释迦牟尼佛造像裙带部分过宽，超出检测范围，因此在该位置分别进行了左右补拍。其次，由于释迦牟尼佛造像和文殊菩萨造像的背部与背光之间有连接件，因此这两处无法进行检测，在拼接的X光图像中显示为灰度一致的区域。三尊木雕造像共拍摄了61张X光片。

1．3 图像编辑处理

由于木雕造像外形和材质的影响，再加上现场检测条件的制约，获得的原始检测图像质量普遍不高。为了便于分析结果，需要对原始检测图像进行必要的编辑处理。

1．3．1提取图像有用信息 拍摄时，为了能够得到造像各部位的信息，一般IP板覆盖的区域都大于造像的实际尺寸，再加上现场检测条件的影响，在原始图像中难免会出现无用影像，如图3a中的左侧伪影。为避免误判断，这些伪影都应予以去除。具体做法是先剪切掉图像的无用部分，再将有用部分的背景像素灰度值设置为零，效果如图3b所示。

1．3．2数字图像增强 由于造像各部位的厚度变化大，每次的曝光参数很难选择到最佳，再加上木质材料对X光的衰减系数较小，因此得到的原始图像的对比度和亮度不理想。为了获得高质量的X光图像，后期使用数字图像增强技术是一种很好的选择[8]，这里采用的是自适应直方图均衡化算法。该算法可使图像充分利用每个灰度等级，同时也可有效增加图像的对比度。数字图像增强使用MATLAB 2012a软件实现，效果如图3c所示。

图3 图像编辑Fig.3 Image editing process

1．3．3拼接造像整体X光图像 对于分析造像的某些整体信息，拼接造像的整体X光图像是很有必要的。这里使用Photoshop CC软件进行图像拼接。拼接方法是先拼接同时拍摄的两张X光图像，再拼接分段拍摄的X光图像。同时拍摄的两张图像拼接可依据标记铅字，分段拍摄的图像拼接可依据图像特征点。三尊造像的整体X光图像如图4所示。

图4 造像X光图像Fig.4 X-ray images of the three wooden statues

2 结果分析

2．1 制作工艺

如图4所示，三张整体X光图像显示，三尊木雕造像的结构基本一致。造像主体部分由一块整木雕刻而成，通过榫卯结构和金属连接件固定在莲花座上，其胸腹部有较小的装脏孔和较大的脏洞。宝冠和裙带都是单独的木质雕刻，通过金属件与主体部分连接在一起。造像的手臂均用泥塑另做，通过金属件与木质主体连接。

2．1．1造像主体由整木雕刻 在每尊木雕造像的X光图像中，主体部分的木纹走势大体一致，颈部、肩部、肘部等关键部位均未发现榫卯或金属连接件。如图5a中，文殊菩萨颈部木纹连贯。唯一有问题的地方在普贤菩萨造像的左臂上，图5b所示有一拼接痕迹，形状为方形，但并未贯通手臂。推测可能是该处木质出了问题，经过了木质补配。综上，三尊造像的主体部分是由整木雕刻而成。

图5 整木雕刻造像主体Fig.5 Whole-wood carved statue

2．1．2宝冠和裙带单独雕刻 在三尊木雕造像的头部和手臂位置上，都可以看到有许多金属钉，在图5中表现为比周围木质更亮(金属吸收X光比木质多)。金属钉按形状可分为3种类型，如图6所示。对照造像的实物照片，认为造像的宝冠和裙带是单独雕刻而成，这些金属钉是用来将宝冠和飘带固定到造像主体部分上的。需要说明的是，如图7所示，在释迦牟尼佛造像的右裙带上还发现了泥塑现象，结合其他5个裙带都是木雕情况，认为三尊造像的原始裙带都是木质雕刻而成，现存的泥塑部分是木质裙带受损后用泥质修补产生的。修补的方法是先用金属钉钉入剩余木质，如果修补部分体积较大还要用细金属丝进一步造型，最后在金属钉和金属丝骨架上覆泥。

图6 三种金属钉Fig.6 Three types of metal nails

图7 释迦牟尼佛造像裙带Fig.7 Creature of the Sakyamuni Buddha statue

2．1．3泥塑制作手臂 X光图像显示，三尊造像的手臂均是用泥塑制作的。其制作方法是在造像的小臂或肘部木质上钉入金属钉，再在金属钉上缠绕一定数量金属丝造型。以金属钉和金属丝作骨架，最后在上面覆泥即可制作出手臂。图8显示了释迦牟尼佛和普贤菩萨手臂的泥塑结构。另外，图中金属钉附近发现有较暗的阴影，说明在金属骨架与泥层之间可能还有一中间层，其材质对X光的吸收比泥质更弱。结合泥塑传统制作工艺，推测这一中间层是用稻草或织物等有机类物质制作的，类似于束草工艺。

图8 手臂制作Fig.8 Arm making process

2．2 历史修复痕迹

如上所述，用来固定宝冠和裙带的金属钉形态多样，具体可分为3种类型：Ⅰ型，粗细一致；Ⅱ型，一端粗，一端细，从粗端逐渐变细；Ⅲ型，一端粗(带帽)，一端细，变细地方只在细端。在释迦牟尼佛造像的裙带泥塑修补中，也发现了Ⅱ型和Ⅲ型两种金属钉(图7)。释迦牟尼佛造像右手臂内的金属钉为Ⅱ型金属钉，而其他5条手臂内的金属钉均为Ⅲ型金属钉(图8)。综合以上信息，用以固定附件、作为修补泥塑骨架和作为手臂泥塑骨架的金属钉，其形状均有变化。这一现象的产生，可能是金属钉作用不同引起，也可能是造像后期修复引入。但Ⅲ型中带帽的金属钉，具有现代钉子特有的形状，因此三尊造像在历史上肯定修复过。另外，释迦牟尼佛裙带中泥塑的存在，也是造像经过修复的证明。

2．3 造像保存状况

三尊造像的X光图像显示，木雕的木纹清楚、金属钉边缘清晰，因此三尊木雕造像整体保存状况较好。但是，X光图像也反映出造像存在局部风险。如图4a所示，普贤菩萨造像存在一条裂隙，其位置是从头部开始经颈部延伸到腹部(图9)。胸部位置裂隙虽然看不见(这是由于脏洞的存在减小了胸部木质的厚度，X光过曝造成的)，但从裂隙的位置和走向分析，可以认为是一条裂缝。这条长裂隙的存在，也从另一方面证明了造像的主体部分是由一块整木雕刻而成的。另外，如图7所示，释迦牟尼佛造像的裙带泥塑修补部分存在着泥层开裂和断裂现象，说明该部分也存在风险。

图9 普贤菩萨造像裂隙Fig.9 Fissure of the Samantabhadra Bodhisattva statue

3 讨 论

3．1 检测方法的合理性

本检测采取了自上而下分段拍摄的分法，另外还对释迦牟尼佛造像裙带部分进行了补拍，基本上完成了检测任务。但是，如图4所示，本次检测也有3处不足。第一，三尊造像脏洞对应的胸腹部信息丢失；第二，两尊菩萨造像的裙带信息不全；第三，普贤菩萨颈部信息丢失。这3处不足产生的原因是一样的，均是由于一次拍摄的检测范围内木质的厚度差太大，薄的地方由于过曝造成了信息丢失。因此，一次拍摄的检测范围内，如果检测对象厚度差过大，还应使用不同参数进行多次拍摄，防止有用信息的丢失。

3．2 图像拼接效果

如图4所示，三尊造像的整体X光图像都是由数张图像拼接得到，图像之间有缝隙。因此，此次拼接并非无缝拼接，这是由X光照相检测方法决定的。首先，木雕造像的厚度与焦距(射线机焦点到IP板的距离)相比较大，且曝光过程中X光是呈40°圆锥角发射的[9]，因此造像胸部和背部上的某两个点，在上下两次曝光中的投影点相对位置就会发生变化，如图10a中的红色点和绿色点所示。其次，由于现场检测条件的制约，每次曝光的焦距很难保持一致，造像上的某点在IP板上的投影位置还会发生变化，如图10b中红色点在下方曝光所示。正是由于造像结构点在不同曝光图像中相对位置的改变，导致了拼接过程中图像间不能完全融合，出现拼接痕迹的问题。尽管如此，整体X光图像对于分析造像整体信息仍然很有帮助。

图10 错位示意图Fig.10 Diagram of the dislocation

4 结 论

曹溪寺内的华严三圣木雕造像为宋代遗物，属于珍贵历史文物。对三尊造像进行了X光照相检测，展现出了造像的内部结构、历史修复痕迹以及保存状况等信息，这些信息对于了解造像和保护造像都有重要的参考意义。另外，对大型木雕造像的X光照相检测进行了尝试，并讨论了检测方法和后期图像编辑处理，这对于其他大型造像开展此项检测也有参考价值。

1) 合理制定检测方案。大型造像的X光照相检测，应以一定的顺序分段拍摄，不同拍摄的检测范围之间须有一定的重叠。如果在一次拍摄的检测范围内造像厚度差过大，还应以不同能量进行多次拍摄，防止漏检有用信息。

2) 检测图像后期处理。由于木雕造像本身和检测条件的制约，X光照相检测得到的原始图像质量一般不高，对其进行必要的后期处理就十分重要的。通过伪影去除、有用信息增强和整体X光图像拼接，获得了亮度和对比度合适的X光图像，反映的造像信息清晰，便于最后结果的分析。

3) 造像制作工艺。X光图像显示，三尊木雕造像的结构基本一致。主体部分都是由整木雕刻而成，通过榫卯结构和金属连接件与莲花座相连。宝冠和裙带等附件单独雕刻而成，再通过金属件与主体连接。手臂均为泥塑，通过金属钉与主体木质连接。

4) 历史修复痕迹。三尊木雕造像内，无论是用于固定附件的金属钉，还是作为泥塑骨架的金属钉形状多样，其中包括现代金属钉特有的形状。现代金属钉的存在，说明木雕造像历史上肯定修复过。另外，释迦牟尼佛裙带中存在泥塑部分，也是造像经过修复的证明。

5) 造像保存状况。三尊造像的X光图像中，木雕的木纹清楚、金属件边缘清晰，说明造像保存状况好、整体稳定。但是，造像也存在两处风险：一是普贤菩萨造像存在一条从头部到腹部的裂隙；二是释迦牟尼佛造像的裙带泥塑修补部分存在泥层开裂和断裂现象。以上两处风险后期应加强监测，必要时应予以加固修补。