引言

碑刻石刻以石质材料为载体，集文字记录、书法艺术、雕刻工艺和空间环境于一体，是历史文献、地方史、宗教传播、交通水利、灾害记载、社会治理和艺术史研究的重要实物资料。与纸本文献相比，石刻文物的价值并不只存在于文字内容本身，还存在于刻面形制、书写轨迹、凿刻深浅等。同时，赋存环境和后期利用痕迹也会影响我们对石刻的理解。对于不可移动碑刻和摩崖题刻来说，这种“文字—材料—环境”的复合属性决定了其记录方式不能停留于普通拍照或单纯抄录^[1]。

长期露天保存使石刻文物面临更复杂的损伤。雨水冲刷、干湿循环、盐类迁移、冻融作用，都会改变石刻表面。污染物沉积、微生物附着、植物根系和人为扰动，也会进一步加重损坏。长此以往会造成文字浅化、局部剥落、裂隙交错和刻槽被覆盖等病害。传统传拓在文字显现方面有成熟经验，但对酥粉、片状剥落和脆弱石质表面来说，这种方式存在接触风险。普通摄影比较方便，但容易受到光照方向、表面反射和阴影分布影响。三维扫描能够记录形态，却需要进一步转化为便于专家释读的图像证据。因此，对于风化石刻的抢救性保护与研究需要一种更稳妥的技术路径，应当是非接触、可复核、可归档的信息提取增强技术。

野外石刻环境现状

近年来，国内文物数字化保护的重点正在发生变化，从强调采集建模转向关注信息提取、研究阐释和资源管理^[2][3]。石刻文物的数字化对象也不再只是外观模型，还包括几何、纹理、微地形、光影、病害、文字释读和元数据等内容。一些同类实践也验证了这一点，中国文化遗产研究院石窟保护团队、宁波地区数字拓片实践，都显示出多源采集、微痕显现和专家释读相结合的必要性。本文所讨论的信息提取增强技术，正是在这一背景下形成的实践方法。其目标不是生成视觉上更醒目的图片，而是在不接触或尽量减少接触文物本体的前提下，提取普通观察手段难以稳定识别的信息，比如刻痕、残笔、纹饰和表面病害，通过技术处理转化为专家可以判读、同行可以复核、档案系统可以追溯的图像与数据成果。相关政策文件、石刻保护对象和名碑名刻名录为此类工作提供了制度背景和对象基础^[4][5]。

一、技术内涵与研究边界

（一）技术内涵

石刻文物信息提取增强技术，是指围绕石刻表面已有信息，包括文字、纹饰、刻痕、裂隙、病害和材质纹理等内容，综合使用多源数字采集、几何-纹理配准、图像增强、光照重建和专家释读复核等手段，对石刻表面的信息进行显现、分离、强化和归档。这一环节包括四个流程：采集、处理、识读和管理。这既是一种图像处理方法，也是一种文物数字档案组织方法^[6]。

从数据层级看，该技术至少涉及四类信息。第一类是几何信息，包括点云、网格模型、深度图、法线图和局部微地形起伏。第二类是纹理信息，包括高分辨率照片、正射影像、色彩、污染沉积和材质颗粒。第三类是光影信息，包括不同入射角和方向下刻痕、裂隙、凸起与凹槽形成的阴影效应。第四类是释读信息，包括专家对文字、疑字、缺字、异体字、残笔和争议区域的判断记录。只有这四类信息能相互关联时，增强结果才具有学术使用价值。

（二）技术边界

信息增强必须明确一个边界，它只能显现已有信息，不能生成未知信息。对于风化石刻而言，增强处理可以提高刻痕与背景之间的可分辨性，突出残存笔画的方向、连续性和凹凸关系。同时，它还能辅助区分人工刻划、自然裂隙、石材颗粒和污染边界。值得注意的是，增强处理不能凭空补出不存在的笔画，单一算法结果不能直接等同于文字释读结论，更不能单独承担年代判定、真伪判断或历史解释。信息增强定位应为专家释读的前置支撑技术。正式释读需要同时检视原始影像、斜光影像、正射影像、数字拓片、三维微地形和增强图，并结合字形结构、书体风格、碑刻类型、上下文语义和相关文献资料。对于增强后仍无法确认的区域，应采用“疑”“阙”“漫漶不清”等学术标注。人工智能识读和补全在目前实践中仅适合作为提示性工具，不宜作为最终释读依据。

技术流程

二、研究对象与数据基础

以重庆地区碑刻石刻数字化保护实践为例，针对分布于重庆多个区县、多种类型的碑刻石刻，我们展开了三维几何数据采集、近景纹理拍摄、无人机航测、信息提取图制作、数字拓片生成、信息增强处理和考古研究释读等工作。研究重点是在风化、污染、浅刻、裂隙干扰和文字漫漶的条件下，形成可供专家进一步释读的图像证据。

这些实践对象都具有四个共同的特征。其一，具有较高的历史、艺术价值，部分文物甚至对地方史研究以及书法研究也具有重要价值。其二，文字或纹饰内容存在不同程度的退化，原始照片难以呈现内容的细节，给后续的判读带来不少的困难。其三，现场的采集条件复杂，许多石刻的位置较高，存在视线遮挡、坡地通行不便、植被干扰、光照变化和安全作业条件受限等问题，上述因素均可能影响采集的信息质量。其四，成果用途多元，相关数据需服务于文物档案、保护修复、考古研究、展示利用和数字资源管理等多方面。这四个特征决定了技术流程必须兼顾精度、效率、安全和可追溯性^[7]。

主要数据类型与用途表

三、多源数据采集与预处理

（一）三维几何采集

三维几何采集是石刻信息增强的基础，主要用于记录石刻表面的形态、起伏变化以及与周边环境之间的空间关系。我们的采集对象包括碑面、摩崖、龛壁、碑座及周边环境。具体采用哪种设备则需要根据对象的尺度、表面复杂度以及现场的可达性来判断。例如，可根据采集对象的尺度大小来决定是采取固定式三维激光扫描还是手持扫描，抑或是二者结合使用。采集前，应先完成对现场的踏勘，重点确认采集高度、遮挡情况、电源条件、天气状况、人员通行路线以及是否需要脚手架或其他安全辅助设施等。对于不接触文物本体的杂草、浮尘和临时遮挡物，可以在确保文物安全的前提下进行适当清理，为后续的扫描工作创造稳定的采集条件。

采集过程中，文字区和纹饰区是重点记录对象。采集时需要优先保证点云密度和法线稳定性。多站拼接时，控制点、公共点或特征点不宜过于集中，应尽量覆盖碑面边缘、文字区域以及裂隙复杂的位置。这样有助于提高拼接的稳定性，也能减少局部变形对成果精度的影响。现场采集完成后，工作人员应该及时检查数据的质量。重点查看是否存在缺扫、重影、激光纹和局部噪声等问题。若发现关键区域信息不足，应根据现场条件进行补充扫描。对于安全条件较差的区域，采集工作仍需以文物和人员安全为前提，不应为了追求数据完整而增加不必要的风险。

三维数据采集

（二）影像与光照采集

影像数据的质量，直接影响到后续的信息增强图和数字拓片的可用性。因此，近景摄影应采用高分辨率相机并配合合适焦段的镜头。拍摄的内容应涵盖整体影像、局部影像、环境影像及工作记录影像四类。整体影像用于确定石刻对象在整个遗址中的具体位置和档案记录中的说明。局部影像用于捕捉石刻文字的笔画和石质表面的纹理细节。环境影像记录了石刻周边的地形、遮挡物以及光照条件与赋存条件。工作记录影像则用于留存作业过程和人员操作情况。

光照采集与近景摄影

针对浅刻、残笔和低对比的区域，还需要补充多角度的光照采集。例如，斜向光可以放大石刻表面的凹凸关系，让细微的刻痕从背景中浮现出来；正向漫射光可以削弱强阴影，降低因光照角度过偏而产生的误判。此外，不同方向的光照序列叠加对比时，可以帮助专家判断某一残留痕迹是否具有稳定的空间连续性。目前，多光照图像、反射变换成像和多光源表面细节记录等方法，已经普遍地应用在文化遗产的表面观察中，为风化石刻的微痕显现提供了方法参考。

（三）预处理与配准

预处理分为两类。第一类是三维数据处理，包括点云降噪、冗余点删除、点云拼接、网格建模和纹理贴图。另一类是影像处理，包括镜头畸变校正、白平衡、色彩校正以及正射影像生成等步骤。用于释读的影像，应保留RAW原始文件。后续的增强处理不应直接作用于原图，而应在标定和纠正后的副本上进行，这样做的目的是避免原始信息被覆盖。每一张增强图都应具备可追溯性，它需要能够对应到原始的照片、拍摄的位置、拍摄的光照条件、设备的参数以及处理的流程。相关的技术环节应按照对应的规范执行。例如，近景摄影测量、三维激光扫描、测绘成果质量检查和电子文件归档，都应参照相关的国家标准。至于文物二维和三维数字化采集、石质文物病害记录以及文物保护原则等，则可结合行业标准和文物保护准则来执行。

去除扫描噪点，删除冗余

点云-影像的配准直接影响增强成果的可信度。如果三维结构与二维纹理没有对齐，那么类似凹槽、裂隙和笔画的位置判断就可能出现偏差。实际操作中，可利用多类特征共同约束配准，这些特征包括控制点、碑面边界、明显裂缝、文字边缘和纹饰轮廓。配准完成后还应进行局部抽检，抽检位置可选择文字笔画边缘、裂缝交会点和碑面边界，重点明确几何与纹理信息的一致性。

四、信息增强处理方法

（一）分区处理与自适应增强

石刻表面通常不是均质的平面。同一块碑面往往包含着不同的区域，例如文字区、纹饰区、裂隙区、污染区和背景区。这些区域在风化程度、材质颗粒、刻槽深浅和光照响应上各不相同。因此，如果对整幅图像都使用统一的增强参数，结果容易出现局部过曝、阴影失真、噪声放大或笔画边界断裂等问题。比较稳妥的做法是，先依据图像的内容和三维信息进行分区，再针对每个区域的特点调整局部对比度、平滑强度、边缘增强和色彩抑制等参数。

自适应增强的目标是提高笔画或刻痕与背景之间的分辨性。对于浅刻文字，重点是增强局部梯度和方向性边缘。对于被污染遮盖的区域，应该先抑制色彩斑块和噪声，避免脏污干扰辨识。对于裂隙密集的区域，应该防止自然裂缝边缘被误强化为人工笔画。对于颗粒粗糙的石材，可结合多尺度平滑与边缘保真技术，尽量降低材质本身的颗粒感对文字释读的干扰。

（二）微痕强化与多图层融合

微痕强化主要面向那些肉眼难以稳定识别的痕迹，例如浅凹槽、残留笔画、阴刻边界和磨蚀后的书写轨迹等。处理时，将图像分解为多个图层，常用图层包括亮度层、色彩层、边缘层和微地形层。其中，亮度层用于观察画面的整体明暗，色彩层用于识别污染、苔藓和风化沉积等干扰信息，边缘层用于检测刻痕轮廓边界，微地形层则用于表达石刻表面的凹凸起伏。多图层融合时应合理控制各图层的权重，避免边缘层或高反差层单独支配最终结果从而掩盖真实痕迹。

对同一处疑似的笔画，需要放回到多源数据中比较，包括原始的照片、斜光影像、正射影像、深度图、法线图和增强图等。如果该痕迹在多个数据层中位置一致、走向连续，并与文字结构或纹饰逻辑相吻合，说明它的可信度较高，可作为专家释读的重要依据；若该痕迹仅在某一增强结果中出现，在其他数据层却找不到对应，就不能直接被判定为有效笔画，这类痕迹应列入“待核区域”。实践中建议同时提供低、中、高三种增强强度的结果。这样可以避免专家只依赖单一视觉结果进行判断。

(三）数字拓片生成

数字拓片生成是信息提取增强技术的重要成果之一。它主要模拟传统拓片的阅读效果，核心是突出石刻表面的凹凸关系。与传统的接触性拓印相比，数字拓片的优势是不用直接接触文物本体，因此能够有效地减少机械扰动、墨迹污染以及重复拓片对石刻表面带来的累积性损伤。

在数据来源上，数字拓片由多源数据共同生成，其中包括三维模型、正射影像、纹理图、深度图以及光影增强等。最终的成果形式，我们通常把它分为两类，一类是黑白标准拓片，主要用于研究和档案；另一类是宣纸风格拓片，服务于展示陈列。

数字拓片的制作应把真实性放在首位。拓片的目的是尽可能准确地传达石刻表面的真实信息，不能为了追求拓片的质感而改变笔画的真实边界。对于残缺的区域，也不应该通过过度平滑或人为补绘来制造连续效果，以免丢失原始痕迹，影响后续的释读判断。在实际应用中，我们提供了数字拓片与信息增强图两种类型，前者便于专家从整体上进行阅读和展示，后者有助于微痕判别和疑难区域的分析。

数字拓片

五、专家释读与证据分级

石刻文字释读不是单纯的图像识别问题。它还依赖图像证据、文字学知识、文献语境和现场经验。信息增强处理完成后，可先由释读人员基于原始图、斜光图、增强图、数字拓片和三维模型进行初释，从而形成文字录入稿、疑难字清单和局部证据图。随后，由第二名或多名专家复核，复核重点包括字形判断、笔画连续性、上下文语义、异体字、残笔和疑似噪声。对于争议较大的区域，应保留多种可能，同时记录每种判断所依据的图像证据。

疑难区域证据分级与释读处理建议表

为避免把增强效果误认为释读结论，可建立三级证据标注。A类为高可信痕迹，这类痕迹同时得到原始影像、增强图和三维微地形支持。B类为待核痕迹，这类痕迹只在增强图中较清晰，但原始影像或三维支持较弱。C类为低可信痕迹，这类痕迹只出现在某一处理结果中、缺乏其他证据支持。正式释读报告中，应区分确定字、疑字、阙字和无法辨识区域。同时保留原图、增强图、拓片和专家判断之间的对应关系。

原始影像图与信息增强图对比

六、质量控制与评价指标

信息增强成果的质量是判断它是否真实、准确、可复核的核心依据。具体可从数据真实性、几何精度、纹理清晰度、增强适度性、专家可复核性和成果可归档性等方面展开。质量控制应贯穿外业、内业和释读三个阶段。外业阶段主要检查采集质量，重点包括点云完整性、点间距、照片清晰度、色彩校正、光照记录和现场安全。内业阶段主要检查处理过程，重点包括配准精度、增强参数、图层命名、版本管理和成果格式。释读阶段主要检查判断过程，重点包括专家复核记录、疑难字标注和修改痕迹。

在条件允许时，可引入量化评价。人工评价指标可包括专家确认字数、疑难字数量、专家一致性等。技术评价指标可包括局部信噪比、边缘连续性、几何纹理配准残差、原始数据可回溯率等。对于实践而言，评价重点不只是指标数值，更关键的是建立可复核证据链。每一张增强图都应有对应的原始图和处理记录，每一个释读结论都能对应图像证据和专家复核意见。

信息提取增强成果质量评价指标建议表

七、实践效果与讨论

（一）对专家释读的支撑作用

基于重庆地区碑刻石刻的数字化保护实践，可以发现信息提取增强技术对专家释读的支撑，主要体现在三个方面：

第一，改善风化石刻的观察条件。许多碑刻石刻由于长期暴露在自然环境中，文字边界已经变得模糊，浅刻区域与石材背景之间的对比减弱。单凭原始照片专家难以稳定判断笔画是否存在。通过多角度光照、局部对比增强和边缘保真处理，原本不易察觉的残留刻痕可以得到更清楚的呈现。这为专家在判断笔画走向和字形结构时提供了可靠的依据。

第二，强化几何信息与纹理信息之间的对应关系。三维扫描能够记录石刻表面的凹凸起伏，近景摄影则保存了石刻的材质和色彩。经过多源数据融合后，专家不仅可以判断石碑某处“是否有痕”，还可以进一步判断“痕迹是否成槽”以及“笔画是否与自然裂隙或污染相混”。

第三，它降低了专家在现场反复观察和接触性拓印对文物本体造成的压力。通过信息提取增强技术，专家可以不必亲临现场，通过观察信息增强图像和数字拓片在室内反复放大、比对和标注。既方便了专家之间的讨论和复核，也减少了对文物表面的重复扰动。

需要明确的是，增强效果不等于释读结论。对于表面剥落严重、残笔极少、污染覆盖过厚或受石材自然纹理强烈干扰的区域，即使经过了系统的增强处理，仍可能无法形成确定的判断。在这种情况下，应如实保留无法判定的部分，不宜仅凭增强图像中的局部痕迹推测文字内容。这样的处理方式，更符合石刻文物释读中尊重证据的基本要求。

原始影像、三维图像与增强图对比
 

（二）与传统方法的关系

传统传拓、普通摄影、三维扫描和信息增强是互补关系。传统拓片是碑刻石刻研究中常用的记录方式，便于专家观察文字笔画和刻痕形态。但拓印需要直接接触文物，并不适合频繁应用于脆弱的石质文物。普通摄影的操作便捷，但光照和反射条件会显著影响成像的效果。三维扫描能精确地记录石刻的空间形态，但这些原始的几何数据还需要进一步转换，才能成为专家可以直接用来判读的视觉材料。不同的参数和不同图层之间会突出不同的信息，信息增强的作用，就是在这几种多源数据之间建立一个可以相互比较的观察平台，提供一组证据层，只有当某一痕迹在原始图、斜光图、低增强图、高增强图、数字拓片和三维模型等多个证据层中稳定出现时，才更适合作为专家释读的依据。

（三）过度增强与误判风险

信息增强最主要的风险是过度处理。局部锐化、边缘检测和高对比度映射，都可能放大噪声。石材颗粒、污染边界和自然裂隙，在增强后可能形成类似笔画的视觉假象。为降低误判风险，技术人员应保存原始数据和处理参数，释读人员也应坚持多源互证，不得只凭单一增强图定字。对于争议区域，成果中应明确标注证据等级和不确定性，使后续研究者能够复核。

人工智能识读与补全可作为后续方向，但不宜在当前阶段夸大。石刻文字识读仍面临多重限制。样本数量有限、字体差异大、残损形态复杂，不同时代和地域之间也存在明显差异。较为稳妥的做法，是将相关工具限定在辅助环节，例如疑似笔画提示、区域分割、相似字形检索，以及专家释读后的数据整理。任何自动识别结果都应标注置信度，只有经过专家复核后，才能进入正式成果。

（四）标准化与成果管理

石刻信息增强成果若要长期服务于保护和研究，必须实现标准化。外业采集阶段，应统一编号、坐标、照片、色卡、设备参数和工作记录。内业处理阶段，应统一图层命名、加强核查。释读成果阶段，应统一文字录入、疑难字标注和专家复核表。数据库建设阶段，应支持原始数据、过程数据、成果图和释读文本之间的关联查询。

标准化的意义在于后续复用。原始数据可以用于二次处理和病害监测，增强图可以用于文字释读和局部研究，数字拓片可以用于展示和出版，释读文本可以进入知识库，也可以服务地方史料整理。只有搭建起技术成果可追溯的数据体系，信息增强技术才能进一步转化为可复制、可检查、可推广的技术方法。

原始影像、信息增强图与数字拓片对比

八、结论

从重庆地区碑刻石刻的数字化保护实践探索可知，石刻文物信息提取增强技术的关键在于构建一个“数据真实—增强适度—多源互证—专家复核—成果归档”的闭环机制。在最小干预原则的前提下，有效地提高风化石刻文字和纹饰的可观察性，使相关成果可进一步服务于石刻文物的档案建设、考古释读、病害观察、保护修复及展示陈列等多个方面。同时，信息增强技术也必须明确自身的学术边界。它虽然能够辅助显现已有的信息，但不能替代年代鉴定、真伪判断以及专家释读。最终增强的成果只能作为专家释读过程中的证据，而不能直接等同于释读结论。在未来，针对信息增强技术的研究还需要持续积累典型样本，进一步完善增强效果的量化评价、疑难字的可信度分级、专家释读知识库以及辅助识读工具等配套体系，推动石刻文物的信息提取增强技术逐步形成一套标准化、可复制、可推广的实践体系范式。

参考文献

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图文：吴广  向晟町  方刚