基于摄影测量与GIS技术的考古钱币三维地形特征分析及计量学研究

本研究创新性地将地理信息系统(GIS)与数字高程模型(DEM)技术应用于考古钱币表面特征分析，通过摄影测量构建三维模型，结合TIN插值和ICP算法实现钱币磨损量化评估与相似性比对，为文物鉴定提供可量化的数字指纹技术方案。

　　

在考古学领域，古代钱币作为历史信息的物质载体，其表面浮雕特征蕴含着重要的年代学和经济活动信息。然而传统鉴定方法依赖专家经验，缺乏量化标准，尤其对于磨损严重的钱币难以客观评估。更棘手的是，现有3D扫描设备成本高昂且操作复杂，而普通摄影测量又存在模型精度不足的问题。这些技术瓶颈严重制约了大规模钱币考古研究的开展。

针对这一现状，研究人员创新性地将地理信息系统(GIS)技术与数字高程模型(DEM)分析方法引入钱币研究领域。研究团队设计了一套自动化摄影测量系统：采用100mm微距镜头和交叉偏振照明方案，通过24张多角度照片构建初始模型，经CloudCompare软件校准后，利用MeshLab转换为XYZ格式点云数据。在QGIS平台中，通过三角不规则网(TIN)插值生成0.1mm精度的DEM模型，实现了钱币表面地形特征的量化表达。

关键技术突破体现在三个方面：首先，开发了包含交叉偏振光控制的自动化拍摄装置，有效解决了金属反光导致的图像配准难题；其次，建立从摄影测量到DEM生成的标准化流程，使模型精度达到微米级；最后创新应用ICP算法进行三维点云匹配，通过均方根误差(RMS)值量化钱币间的形态差异。

研究结果部分揭示了多项创新发现：在可视化方面，通过qgis2threejs插件实现多角度三维渲染，结合0.05mm等高距的等高线图，使细微浮雕特征清晰可辨；在计量分析中，剖面工具量化显示模拟磨损钱币的轮廓高度平均降低23.5%；特别值得注意的是，ICP算法对比显示原始钱币与模拟磨损样本的RMS值达0.1235，证实该方法可敏感检测表面变化。

这项发表于《Journal of Archaeological Science: Reports》的研究具有双重突破价值：方法论上，将传统地理信息技术成功移植到微观文物分析领域，开发出成本仅为专业扫描设备1/10的高精度解决方案；应用层面，建立的DEM分析流程可扩展至其他浮雕文物研究，而提出的"几何签名"概念为文物数字化建档提供了新范式。研究团队透露，后续将开发基于水文分析算法的钱币指纹识别系统，这或将革新现有考古类型学研究方法。

技术方法概要：研究采用DSLR相机(24Mpx)配合自动转台采集24张多角度照片，经Agisoft Metashape生成3D模型后，使用CloudCompare进行坐标系校准和尺度还原，最终通过QGIS的TIN插值生成DEM。关键创新包括交叉偏振光控制方案和基于ICP算法的三维点云比对技术。

研究结果：

1. 三维可视化：通过调整光照方位角(325°-145°)的hillshading分析，显著增强表面细微特征识别；
2. 等高线分析：0.05mm间隔等高线成功量化浮雕高度差异，验证DEM模型的微米级精度；
3. 磨损量化：指数衰减模型(k=0.85)模拟的磨损剖面显示，高浮雕区域厚度减少达38%；
4. 相似性评估：ICP算法实现非匹配点云的自动对齐，RMS值可敏感反映0.1mm级形态差异。

结论与展望：该研究证实GIS技术可有效转化应用于微观文物分析，其建立的标准化流程使单枚钱币数字化成本控制在200元以内。未来将通过Procrustes分析开发钱币"几何签名"系统，为考古类型学建立量化判定标准。这套方法体系特别适合博物馆大规模文物数字化建档需求，其技术框架也可延伸应用于印章、玉器等浮雕类文物的保护研究。