中国有灿烂悠久的文化历史,古人遗留了大量的珍贵壁画文物,这些壁画反映了不同时期、不同地区、不同民族的科学技术发展状况以及文化特色。但是这些壁画随着时间的推移,自然环境的变化以及人为破坏干扰,会出现空鼓、起甲、酥碱、烟熏等病害,其中空鼓和起甲现象最为常见,危害程度极大。如果不对这些病害进行有效及时的处理,将会对壁画产生永久性的损伤。处理和保护的前提是要对壁画的损伤区域损伤程度和状态有充分的了解,因此对受损壁画进行无损的检测是必不可少的重要环节。现有的一些检测手段尚不能满足要求,如目测法,其检测结果的主观因素较大;近红外高光谱技术只能检测病变位置的表面受损状态;敲击法、红外热像技术、探地雷达法等,虽然可以进行检测,但检测正确率和精度都不是很高。光学相干层析技术是上世纪90年代发展起来的一种三维成像技术,其最早是用于医学眼科诊断,其空气中成像深度可达2mm,成像分辨率达到微米级,非常适用于壁画起甲等病害的检测。超声层析成像技术也是通过探测超声回波,得到被测物体内部的缺陷,这一方法的成像深度可到十几厘米,分辨率达毫米级别,非常适用于壁画空鼓现象的检测。本文以壁画病害检测为背景,基于光学相干层析成像技术和超声层析成像技术分别实现对壁画起甲和空鼓现象的检测。(1)利用光学相干层析技术,实现了对壁画起甲现象的成像,对图像中的噪声情况进行了分析,采用小波阈值去噪方法,实现了对图像噪声的去除。(2)介绍了干涉型光纤超声传感器工作原理以及特点,对法布里-佩罗(F-P)干涉型光纤超声传感器进行了研究。理论分析和实验发现由于F-P型光纤超声传感器的声探测灵敏度与F-P腔制作材料的样式模量成反比,因此使用低杨氏模量的NOA 68紫外胶制作F-P光纤传感器,实现了在空气中对超声波的探测,在300k Hz超声波的作用下,传感器探测信号的灵敏度为48.13d B。并且通过文中制作的传感器在空气中实现对地震物理模型和壁画空鼓模拟结构的成像。