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期刊信息/Journal information
西北大学学报（自然科学版）
西北大学学报（自然科学版）

姚远

双月刊

1000-274X

XCXB@NWV.Edu.cN

029-88302822

710069

西安市太白北路229号

西北大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Northwest University(Natural Science Edition)CSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是反映理工类科研成果的自然科学综合性学术理论期刊。其办刊宗旨为：立足世界科学发展前沿，展示西部科技文化风采；兼顾理论与应用开发，崇尚学术争鸣与创新求实。本刊主要发表数学、物理学、化学、生物学、地质学、地理学、计算机科学、化学工程和科学技术史等基础研究方面的学术论文。现在，该学术期刊已成为我国西北地区综合性自然科学基础理论方面的最高学术论坛之一，在西部大开发中扮演着重要的角色。
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    秦陵文物数字化及虚拟复原研究综述

    耿国华冯龙李康周明全...
    709-721页
    查看更多>>摘要：文化遗产是中华五千年悠久历史的重要载体,也是传承中华文化的特殊资源,然而,历经千百年的风化侵蚀、战火和历史变迁,文化遗产都遭到或多或少的冲击和破坏.传统复原方法存在记录手段单一、信息不全面、手工复原周期长、展陈受限、人工管理效率低等缺陷.利用三维扫描技术、数字化手段及信息化方法对文物进行数字化建模及虚拟复原与展示等,能够极大地缩短文物复原周期,可避免由于直接接触对文物造成的二次破坏;同时,借助于计算机视觉、人工智能、光学扫描等技术,能够为新形态考古发掘与文物保护奠定基础.针对文物修复与保护领域的这些重大需求,西北大学可视化技术研究所项目组自20世纪90年代起就开展了相关研究,取得的系列成果已应用于秦陵等多个文物保护单位.该文从古人面貌虚拟复原、复杂外观文物数字化、考古遗址场景建模与展示、考古过程记录与应用、破损破碎文物虚拟修复、文物碎片自动分类文化遗产的数字展示传播7个方面,对项目组近期的最新研究工作进行总结和分析,并对未来的研究方向进行展望.

    文物虚拟保护文物数字化建模古人面貌复原文物碎片拼接

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    颅面相似性度量与评价

    赵俊莉周明全王曦张念凯...
    722-733页
    查看更多>>摘要：颅骨和面貌是人的重要生物特征,也是法医人类学的重要研究内容,由于其具有复杂的拓扑结构和相似的几何结构,颅面相似性度量以及颅面复原结果评价仍然是一个极具挑战性的难题.该文梳理了近年来颅面相似性度量与复原结果评价方面的研究,将现有的颅面相似性度量与评价方法分为主观定性和客观定量的方法,从这两方面进行总结归纳,重点从几何方法、视觉方法和统计方法这3方面阐述了现有的客观定量的评价方法,并指出未来研究发展的趋势,以期促进颅面领域的研究及在刑侦、考古、医学等领域的应用,为今后在该领域的深入研究提供帮助.

    颅面相似性度量复原结果评价

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    基于对比学习与多尺度结合的陶瓷显微图像分类方法

    耿国华薛米妍周蓬勃拓东成...
    734-741页
    查看更多>>摘要：陶瓷文物修复是文物保护研究中一项重要内容,对碎片分类可提高修复效率.针对人工标注分类耗时长、效率低、主观因素大等问题,该文基于对比学习方法对陶瓷显微图像进行分类,然而,传统的SimCLR(a simple framework for contrastive learning of visual rep-resentations)对比学习网络不能精准提取陶瓷显微图像细节,因此,该文将SimCLR网络与多尺度方法结合,对陶瓷显微图像进行分类.首先,将采集到的陶瓷显微图像进行增强并提取特征,在特征提取模块使用多尺度卷积操作替换SimCLR中的标准卷积,使得网络具有更大的感受野,提取到更加准确的特征信息;其次,使用多层感知机(MLP)将提取到的特征进行降维处理,提高后续计算效率;最后,使用归一化温度标度的交叉熵损耗对模型进行优化.实验结果表明,改进后的网络在陶瓷显微图像分类中比原始网络准确率提高1.8％,达到98.6％,且网络参数只增加了0.11m.该方法能以较小的代价有效对陶瓷碎片分类,辅助文物修复.

    陶瓷碎片分类对比学习显微图像多尺度融合SimCLR

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    基于对抗生成网络的复原面貌真实感处理

    王跃进耿国华郭沛瑶拓东成...
    742-749页
    查看更多>>摘要：由于颅骨面貌数据较少,现有颅面复原方法获得面貌模型具有一定局限性,复原结果仅含有物理几何信息,缺纹理、睁眼状态等真实感信息,这些信息缺失均影响进一步颅骨身份识别.该文提出了一种基于对抗生成网络的P-GAN来重现逼真面貌.针对Pix2Pix(image-to-image translation)网络复原面貌的真实感不足,文中基于Pix2Pix网络提出一种P-GAN网络将复原面貌进行真实感处理,在Pix2Pix基础上添加面貌约束网络P-net.使用VGG16(visual geometry group)提取面貌特征,使用SE-Block(sequeze and excita-tion)加强网络收敛,使用Face++来挑选最相似样本.网络输入为复原面貌图像与真实人脸图像,Contrastive loss和Triplet loss结合作为损失函数,将复原面貌数据Frankfurt校正与归一化后,输入P-GAN网络获取真实感复原面貌.

    面貌真实感对抗生成网络P-GAN网络

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    基于模糊集的陶质文物碎片点云特征提取算法

    王淑睿郭宝郭锐哲耿国华...
    750-758页
    查看更多>>摘要：陶质文物碎片上同时包含尖锐特征和平滑特征,且文物碎片的原始表面并不光滑,因此,针对陶质文物碎片的散乱点云模型,该文提出一种鲁棒的特征提取方法.首先,基于法向估计和区域生长,建立一种基于模糊集的区域生长法,将每个潜在曲面划分成一个区域,区域间相交部分的点标记为潜在特征点.然后,将点在局部平面上的投影残差作为特征值,计算点在不同尺度下成为特征点的可能性进行特征提取.最后,采用"双生长圆"策略,生成特征折线,并对其进行平滑处理得到平滑特征线.实验结果表明,该方法稳定、抗噪性强,在有效提取尖锐特征的同时,还能尽可能多地保留较平滑的特征,针对各类模型,均能获得较好的效果.

    文物碎片点云特征提取区域生长模糊集

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    一种三维模型多层级视点描述符

    曾升周蓬勃周明全
    759-767页
    查看更多>>摘要：3D形状识别是计算机视觉领域非常重要的问题之一,三维模型的描述符对不同类别模型的区分度影响着3D形状识别的精度.基于视图的描述符应用非常广泛,然而多数方法主要研究算法,以不断提升公共数据集的识别精度,却很少深入分析在细粒度分类数据上的视图选择对区分能力的影响.该文提出一种新的多层级视点描述符,该描述符以一组视点组成,为3D模型提供了一组最优的二维视图选择,并设计实验对比在细粒度分类数据上的识别精度.首先,我们建立均匀的球状观察视点模型,以具备直观语义信息的上、前、右等视点为初始视点.其次,分区域从模型投影边缘的倒角距离比较中得出最优视点,作为下一层的种子点,不断细分获取不同层级的视点组合得到多层级视点描述符,使用测地距离来衡量模型间的相似度.最后,使用视点间的测地距离来计算同类别及不同类别间的相似度,验证多层级视点描述符的区分能力,选择更加精细分类的三维模型数据以验证识别能力,在多视图卷积神经网络上进行对比.应用该文描述符提供的视图选择在训练数据无论是否进行随机水平旋转,都有非常明显的识别精度提升.

    3D形状识别多层级倒角距离最优视图细粒度分类

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    文物高光谱数据采集及其多尺度多支路融合增强方法

    彭进业张涵毓付毅豪张群喜...
    768-777页
    查看更多>>摘要：随着光学成像技术的发展,越来越多的成像技术应用于文物保护分析领域.其中,高光谱成像以其无损、非接触以及"图谱合一"的特点受到广泛关注.然而,受成像传感器的物理限制,现有高光谱图像空间分辨率远不及RGB三通道的高清数码相机,极大阻碍了文物高光谱数字化的应用.针对此问题,该文首先设计了一套文物高光谱数字化采集流程,便于规范化采集同一场景的RGB和高光谱图像数据,为后续融合增强带来便利.其次,提出了基于多尺度多支路的RGB和高光谱图像融合方法,通过设计空间光谱融合模块和细化模块,获取具有高空间和高光谱分辨率的数字化影像.实验结果表明,无论从主观视觉还是客观指标,提出的方法在保持光谱分辨率的同时,更好地提高了空间分辨率.

    高光谱图像RGB图像采集流程图像融合

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    基于分组LSTM与CNN的青铜器锈蚀类别智能标识方法

    王珺孙进越俞凯刘成...
    778-786页
    查看更多>>摘要：青铜器锈蚀标识在青铜器保护修复中具有重要作用.目前,青铜器锈蚀标识以人工标识为主,但是,由于该青铜器锈蚀较为混杂,不易识别,也会因个人经验差异出现标注不一致等问题.因此,该文提出了一种青铜器锈蚀智能标识方法,即基于分组LSTM与CNN的标识方法(multi-group LSTM and CNN,MGLC).该方法对青铜器高光谱图像设计了一种端到端的网络,该网络在CNN网络的基础上引入了多分组策略的LSTM网络,CNN网络可以提取丰富的空间信息,多分组策略的LSTM可以探索光谱的上下文信息,MGLC网络有效地结合了青铜器高光谱图像的空间信息和光谱信息.实验表明,该方法在青铜器锈蚀类别的智能标识中具有良好的效果.

    青铜器锈蚀类别标识青铜器高光谱图像LSTM多分组策略

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    基于时间序列分析的龙门石窟奉先寺微环境的实时监测与评估

    刘逸堃高东亮马朝龙范子龙...
    787-796页
    查看更多>>摘要：龙门石窟奉先寺石刻的保存状况与其所处的微环境特征息息相关.利用无线传感器网络对奉先寺窟前各环境因素进行了实时监测和数据收集,结合时间序列分析方法对保存环境进行了评估.研究表明,奉先寺的空间结构同时起到了贮存水汽和保温的作用,最终使得窟前相对湿度水平与窟外相仿;窟前未能有效地起到缓解湿热环境短期波动的作用,说明内外空气交换频繁;窟前石刻因其所处方位的不同,其保存状况有差异,西壁卢舍那大佛更易出现表面污染物沉积,北壁碑刻更易产生表面结露的现象,而西、北壁同时面临更高的温差应力风化的风险;奉先寺的空间结构降低了窟前风速,对减缓风力风化起到一定作用;窟前CO2浓度变化主要受植被夜间蒸腾作用的影响,而游客参观行为的影响较小.该研究实现了对奉先寺环境信息的深入挖掘,为其未来的预防性保护工作提供了科学依据.

    奉先寺微环境实时监测时间序列分析

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    陕西周原贺家遗址出土车马器工艺调查及数字化复原

    黄晓娟严静范娟娟杜冠博...
    797-806页
    查看更多>>摘要：采用金相显微观察、扫描电镜能谱、X光照相等多种技术手段,对周原贺家遗址出土的青铜车马器进行了金相组织观察、成分分析、工艺痕迹调查,以及绿松石镶嵌工艺痕迹观察.在此基础上,利用三维扫描、高清照相、数字建模等技术对周原出土的镀锡铜车马器进行了详细的信息采集,使出土时残损的器物原貌得到了完整复原.同时,结合车马坑遗迹实验室清理的数字化信息,对整个马车及各镀锡铜饰件的装饰位置进行了数字化复原,使西周"第一豪车"生动地展现在观众面前.

    镀锡铜器镶嵌工艺数字化复原

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