云南曹溪寺華嚴三圣的X光照相檢測及初步研究

相建凱，張 剛，董少華

(磚石質文物保護國家文物局重點科研基地(陜西省文物保護研究院)，陜西西安 710075)

王澤昊

(北京國文琰信息技術有限公司，北京 100101)

0 引 言

曹溪寺是全國重點文物保護單位，位于云南省安寧市龍山東麓。20世紀40年代初，建筑學家梁思成游寺后認為曹溪寺具有宋代建筑風格，寺內大雄寶殿屬大理國時期建筑。大雄寶殿內，正面供奉西方三圣，壁后供奉華嚴三圣。其中，華嚴三圣屬于木雕造像，1956年經全國佛協副會長周叔伽鑒定為宋代遺物。

曹溪寺華嚴三圣木雕造像距今已有上千年的歷史，為了更好地了解文物和保護文物，掌握其制作工藝、修復歷史和保存狀況是非常有必要的。但由于歷史久遠，這些信息很難從文獻中獲取，因此需要借助于現代科技檢測手段。選擇X光照相檢測，因為它是一種無損檢測技術，且檢測結果直觀，廣泛應用于各類文物的檢測分析中[1-7]。目前，大型木雕造像的X光照相檢測文獻鮮有報道，本工作對此進行了有益嘗試。

1 檢測設備和方法

1．1 檢測對象和設備

曹溪寺華嚴三圣照片如圖1所示，釋迦牟尼佛居中，文殊菩薩、普賢菩薩左右協侍。其中釋迦牟尼佛造像高約310 cm，寬約180 cm；脅侍菩薩稍小，高約270 cm，寬約150 cm。三尊木雕造像整體完整，表面描金，背后有裝臟孔。X光照相檢測的范圍為造像的頭部至蓮花座，不包括背光和須彌座。未檢測背光是因為背光與墻體相連，成像載體無法放置到背光與墻體之間；而須彌座則是由于其厚度過大，結構信息在檢測圖像中不易分辨。

圖1 三尊木雕Fig.1 Three wooden statues

X光照相檢測使用的是大連西奧特檢測設備有限公司的THX-3006TD型X光機，其射線管電壓范圍為150～300 kV，最大管電流6 mA，設備照片如圖2a所示。成像系統使用的是德國DUERR公司CRNet/HD-CR 35 NDT Plus成像系統，成像載體IP板(Image Plate)型號為HD-IP Plus 35 cm×42 cm，檢測圖像的像素大小為100 μm，設備照片如圖2b所示。該成像系統采用的是計算機X線成像(Computed Radiography，CR)技術，CR技術將傳統膠片成像的暗室處理過程簡化為IP板的掃描過程，光線條件要求低，成像速度快，非常適合于現場檢測工作。另外，得到的檢測圖像為數字圖像，便于編輯、存儲和使用。

圖2 檢測設備Fig.2 Testing equipment

1．2 檢測方法

為了盡可能多地獲取造像信息，根據造像體量大而成像載體尺寸小的實際，X光照相檢測采取了自上而下分段拍攝的方法。具體操作時，將兩張IP板并列放置于木雕造像本體與背光之間同時進行拍攝，并在兩張IP板的重疊處放置了“2”和“8”兩個鉛字進行標記，這樣可以方便后期圖像拼接。另外，由于釋迦牟尼佛造像裙帶部分過寬，超出檢測范圍，因此在該位置分別進行了左右補拍。其次，由于釋迦牟尼佛造像和文殊菩薩造像的背部與背光之間有連接件，因此這兩處無法進行檢測，在拼接的X光圖像中顯示為灰度一致的區域。三尊木雕造像共拍攝了61張X光片。

1．3 圖像編輯處理

由于木雕造像外形和材質的影響，再加上現場檢測條件的制約，獲得的原始檢測圖像質量普遍不高。為了便于分析結果，需要對原始檢測圖像進行必要的編輯處理。

1．3．1提取圖像有用信息 拍攝時，為了能夠得到造像各部位的信息，一般IP板覆蓋的區域都大于造像的實際尺寸，再加上現場檢測條件的影響，在原始圖像中難免會出現無用影像，如圖3a中的左側偽影。為避免誤判斷，這些偽影都應予以去除。具體做法是先剪切掉圖像的無用部分，再將有用部分的背景像素灰度值設置為零，效果如圖3b所示。

1．3．2數字圖像增強 由于造像各部位的厚度變化大，每次的曝光參數很難選擇到最佳，再加上木質材料對X光的衰減系數較小，因此得到的原始圖像的對比度和亮度不理想。為了獲得高質量的X光圖像，后期使用數字圖像增強技術是一種很好的選擇[8]，這里采用的是自適應直方圖均衡化算法。該算法可使圖像充分利用每個灰度等級，同時也可有效增加圖像的對比度。數字圖像增強使用MATLAB 2012a軟件實現，效果如圖3c所示。

圖3 圖像編輯Fig.3 Image editing process

1．3．3拼接造像整體X光圖像 對于分析造像的某些整體信息，拼接造像的整體X光圖像是很有必要的。這里使用Photoshop CC軟件進行圖像拼接。拼接方法是先拼接同時拍攝的兩張X光圖像，再拼接分段拍攝的X光圖像。同時拍攝的兩張圖像拼接可依據標記鉛字，分段拍攝的圖像拼接可依據圖像特征點。三尊造像的整體X光圖像如圖4所示。

圖4 造像X光圖像Fig.4 X-ray images of the three wooden statues

2 結果分析

2．1 制作工藝

如圖4所示，三張整體X光圖像顯示，三尊木雕造像的結構基本一致。造像主體部分由一塊整木雕刻而成，通過榫卯結構和金屬連接件固定在蓮花座上，其胸腹部有較小的裝臟孔和較大的臟洞。寶冠和裙帶都是單獨的木質雕刻，通過金屬件與主體部分連接在一起。造像的手臂均用泥塑另做，通過金屬件與木質主體連接。

2．1．1造像主體由整木雕刻 在每尊木雕造像的X光圖像中，主體部分的木紋走勢大體一致，頸部、肩部、肘部等關鍵部位均未發現榫卯或金屬連接件。如圖5a中，文殊菩薩頸部木紋連貫。唯一有問題的地方在普賢菩薩造像的左臂上，圖5b所示有一拼接痕跡，形狀為方形，但并未貫通手臂。推測可能是該處木質出了問題，經過了木質補配。綜上，三尊造像的主體部分是由整木雕刻而成。

圖5 整木雕刻造像主體Fig.5 Whole-wood carved statue

2．1．2寶冠和裙帶單獨雕刻 在三尊木雕造像的頭部和手臂位置上，都可以看到有許多金屬釘，在圖5中表現為比周圍木質更亮(金屬吸收X光比木質多)。金屬釘按形狀可分為3種類型，如圖6所示。對照造像的實物照片，認為造像的寶冠和裙帶是單獨雕刻而成，這些金屬釘是用來將寶冠和飄帶固定到造像主體部分上的。需要說明的是，如圖7所示，在釋迦牟尼佛造像的右裙帶上還發現了泥塑現象，結合其他5個裙帶都是木雕情況，認為三尊造像的原始裙帶都是木質雕刻而成，現存的泥塑部分是木質裙帶受損后用泥質修補產生的。修補的方法是先用金屬釘釘入剩余木質，如果修補部分體積較大還要用細金屬絲進一步造型，最后在金屬釘和金屬絲骨架上覆泥。

圖6 三種金屬釘Fig.6 Three types of metal nails

圖7 釋迦牟尼佛造像裙帶Fig.7 Creature of the Sakyamuni Buddha statue

2．1．3泥塑制作手臂 X光圖像顯示，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質上釘入金屬釘，再在金屬釘上纏繞一定數量金屬絲造型。以金屬釘和金屬絲作骨架，最后在上面覆泥即可制作出手臂。圖8顯示了釋迦牟尼佛和普賢菩薩手臂的泥塑結構。另外，圖中金屬釘附近發現有較暗的陰影，說明在金屬骨架與泥層之間可能還有一中間層，其材質對X光的吸收比泥質更弱。結合泥塑傳統制作工藝，推測這一中間層是用稻草或織物等有機類物質制作的，類似于束草工藝。

圖8 手臂制作Fig.8 Arm making process

2．2 歷史修復痕跡

如上所述，用來固定寶冠和裙帶的金屬釘形態多樣，具體可分為3種類型：Ⅰ型，粗細一致；Ⅱ型，一端粗，一端細，從粗端逐漸變細；Ⅲ型，一端粗(帶帽)，一端細，變細地方只在細端。在釋迦牟尼佛造像的裙帶泥塑修補中，也發現了Ⅱ型和Ⅲ型兩種金屬釘(圖7)。釋迦牟尼佛造像右手臂內的金屬釘為Ⅱ型金屬釘，而其他5條手臂內的金屬釘均為Ⅲ型金屬釘(圖8)。綜合以上信息，用以固定附件、作為修補泥塑骨架和作為手臂泥塑骨架的金屬釘，其形狀均有變化。這一現象的產生，可能是金屬釘作用不同引起，也可能是造像后期修復引入。但Ⅲ型中帶帽的金屬釘，具有現代釘子特有的形狀，因此三尊造像在歷史上肯定修復過。另外，釋迦牟尼佛裙帶中泥塑的存在，也是造像經過修復的證明。

2．3 造像保存狀況

三尊造像的X光圖像顯示，木雕的木紋清楚、金屬釘邊緣清晰，因此三尊木雕造像整體保存狀況較好。但是，X光圖像也反映出造像存在局部風險。如圖4a所示，普賢菩薩造像存在一條裂隙，其位置是從頭部開始經頸部延伸到腹部(圖9)。胸部位置裂隙雖然看不見(這是由于臟洞的存在減小了胸部木質的厚度，X光過曝造成的)，但從裂隙的位置和走向分析，可以認為是一條裂縫。這條長裂隙的存在，也從另一方面證明了造像的主體部分是由一塊整木雕刻而成的。另外，如圖7所示，釋迦牟尼佛造像的裙帶泥塑修補部分存在著泥層開裂和斷裂現象，說明該部分也存在風險。

圖9 普賢菩薩造像裂隙Fig.9 Fissure of the Samantabhadra Bodhisattva statue

3 討 論

3．1 檢測方法的合理性

本檢測采取了自上而下分段拍攝的分法，另外還對釋迦牟尼佛造像裙帶部分進行了補拍，基本上完成了檢測任務。但是，如圖4所示，本次檢測也有3處不足。第一，三尊造像臟洞對應的胸腹部信息丟失；第二，兩尊菩薩造像的裙帶信息不全；第三，普賢菩薩頸部信息丟失。這3處不足產生的原因是一樣的，均是由于一次拍攝的檢測范圍內木質的厚度差太大，薄的地方由于過曝造成了信息丟失。因此，一次拍攝的檢測范圍內，如果檢測對象厚度差過大，還應使用不同參數進行多次拍攝，防止有用信息的丟失。

3．2 圖像拼接效果

如圖4所示，三尊造像的整體X光圖像都是由數張圖像拼接得到，圖像之間有縫隙。因此，此次拼接并非無縫拼接，這是由X光照相檢測方法決定的。首先，木雕造像的厚度與焦距(射線機焦點到IP板的距離)相比較大，且曝光過程中X光是呈40°圓錐角發射的[9]，因此造像胸部和背部上的某兩個點，在上下兩次曝光中的投影點相對位置就會發生變化，如圖10a中的紅色點和綠色點所示。其次，由于現場檢測條件的制約，每次曝光的焦距很難保持一致，造像上的某點在IP板上的投影位置還會發生變化，如圖10b中紅色點在下方曝光所示。正是由于造像結構點在不同曝光圖像中相對位置的改變，導致了拼接過程中圖像間不能完全融合，出現拼接痕跡的問題。盡管如此，整體X光圖像對于分析造像整體信息仍然很有幫助。

圖10 錯位示意圖Fig.10 Diagram of the dislocation

4 結 論

曹溪寺內的華嚴三圣木雕造像為宋代遺物，屬于珍貴歷史文物。對三尊造像進行了X光照相檢測，展現出了造像的內部結構、歷史修復痕跡以及保存狀況等信息，這些信息對于了解造像和保護造像都有重要的參考意義。另外，對大型木雕造像的X光照相檢測進行了嘗試，并討論了檢測方法和后期圖像編輯處理，這對于其他大型造像開展此項檢測也有參考價值。

1) 合理制定檢測方案。大型造像的X光照相檢測，應以一定的順序分段拍攝，不同拍攝的檢測范圍之間須有一定的重疊。如果在一次拍攝的檢測范圍內造像厚度差過大，還應以不同能量進行多次拍攝，防止漏檢有用信息。

2) 檢測圖像后期處理。由于木雕造像本身和檢測條件的制約，X光照相檢測得到的原始圖像質量一般不高，對其進行必要的后期處理就十分重要的。通過偽影去除、有用信息增強和整體X光圖像拼接，獲得了亮度和對比度合適的X光圖像，反映的造像信息清晰，便于最后結果的分析。

3) 造像制作工藝。X光圖像顯示，三尊木雕造像的結構基本一致。主體部分都是由整木雕刻而成，通過榫卯結構和金屬連接件與蓮花座相連。寶冠和裙帶等附件單獨雕刻而成，再通過金屬件與主體連接。手臂均為泥塑，通過金屬釘與主體木質連接。

4) 歷史修復痕跡。三尊木雕造像內，無論是用于固定附件的金屬釘，還是作為泥塑骨架的金屬釘形狀多樣，其中包括現代金屬釘特有的形狀。現代金屬釘的存在，說明木雕造像歷史上肯定修復過。另外，釋迦牟尼佛裙帶中存在泥塑部分，也是造像經過修復的證明。

5) 造像保存狀況。三尊造像的X光圖像中，木雕的木紋清楚、金屬件邊緣清晰，說明造像保存狀況好、整體穩定。但是，造像也存在兩處風險：一是普賢菩薩造像存在一條從頭部到腹部的裂隙；二是釋迦牟尼佛造像的裙帶泥塑修補部分存在泥層開裂和斷裂現象。以上兩處風險后期應加強監測，必要時應予以加固修補。