基于光学相干层析成像（OCT）技术对中国古代青瓷瓷釉断面结构特征的研究

Optical coherence tomography (OCT) are employed to analyze morphology of cross-section structure of glaze for ancient celadon samples which are unearthed from typical kiln sites in Henan province, China and dated to the Sui and Tang dynasties to the Jin and Yuan periods in this project. The OCT image features and feature information of cross-section structure of glaze which includes the depth, homogeneity of glaze and the size, position, distribution of scatters and bubbles are obtained utilizing computer image processing technology. The feasibility of using graphic features of the OCT images to identify celadon samples produced in different historical periods and kilns are explored. Combining with the scanning electron microscope (SEM), laser Raman Spectroscopy (LRS), X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy and X-ray diffraction (XRD), the physical and chemical mechanisms for the difference of OCT image contrast and graphic features are studied deeply. The OCT are firstly employed to study the morphology of cross-section structure of glaze for ancient celadon samples and OCT image database of celadon samples will be established in this project. With morphology analysis, phase analysis and chemical analysis techniques, physical and chemical information of celadon glaze are also obtained. A new non-destructive analysis method for studying the provenance and the making techniques of ancient celadon samples is provided and used to reveal more scientific values contained in ancient celadon samples.

本项目利用光学相干层析成像（OCT）技术对河南省典型窑址出土隋唐至金元时期青瓷瓷釉断面结构进行研究，采用图像处理技术提取瓷釉OCT图像特征和瓷釉断面结构特征信息，主要包括瓷釉的厚度、均匀性及散射体颗粒和气泡的大小、密度、分布情况等信息，探索利用瓷釉OCT图像特征识别和区分不同年代、窑口瓷器的可行性。结合配备有能谱仪的扫面电子显微（SEM-EDS）、激光拉曼光谱（LRS）、能量色散型X射线荧光光谱分析（EDXRF）、X射线衍射分析（XRD）等分析技术，深入分析形成青瓷瓷釉OCT图像灰度及图像特征差异的物理化学机制。本项目首次将OCT技术应用于中国古代青瓷瓷釉断面结构特征研究，并建立青瓷瓷釉OCT图像数据信息库，结合微观形貌、物相、成分分析等方法，从多维度获取青瓷瓷釉断面结构的综合物理化学信息，为研究古陶瓷的产地和制作工艺提供一种新型无损分析技术，全面揭示古陶瓷所蕴含的科学价值。

光学相干层析成像（OCT）技术在科技考古领域是一项新兴技术，在古陶瓷研究领域有着良好的应用前景。本项目研究对象以河南省宝丰清凉寺窑址、大峪东沟窑址、汝州张公巷窑址等出土隋唐至金元时期陶瓷器为主，同时对少量南海一号出水青瓷和南澳一号出水青花瓷做了研究。利用图像纹理特征分析方法结合多元统计方法，实现了对不同类型瓷器釉层光学相干层析成像（OCT）灰度图像的识别与分类。基于Matlab软件统计了釉层OCT灰度图像中气泡和异质相颗粒的大小及分布情况。基于OCT技术，并结合X射线荧光光谱（XRF）、共焦激光拉曼光谱（LRS）、扫描电镜分析技术（SEM-EDS）、超景深光学显微系统（OM）等现代科技分析技术，阐释了釉层OCT图像特征差异与胎釉化学成分之间存在的关系，表征了釉层散射相颗粒的物相结构，探讨了釉层OCT图像差异形成的材料学机制。系统分析了河南省地区出土的瓷器样品，确定了瓷器样品在釉层OCT图像和胎釉化学成分上存在的产地和年代特征。瓷釉OCT图像数据信息库初步收录了河南省出土隋唐至金元时期200余件样品的釉层OCT图像及胎釉化学成分信息，并开发了适用于完整瓷器样品的OCT工作台。项目基本按照项目计划书中各年度的研究计划执行，并圆满完成计划书中的各项任务指标。出版专著1本，在国内权威及核心期刊上发表论文6篇，参加多次国际、国内会议。本项目初步建立了一套基于OCT技术结合多方法研究古代瓷器的科学技术方法体系，为今后的古陶瓷研究工作提供了新的思路和方法。