判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法技术

本发明专利技术属于文物保护和照明技术的交叉学科领域，为判定任一光源对不同中国脆弱文物的照明损伤度，提供一种科学、精确、可操作的方法。为此，本发明专利技术采取的技术方案是，判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法，步骤如下：1、模型试件2、光源3、方案4、参数分析5、光谱匹配6、损伤评价.本发明专利技术主要应用于文物保护和相关照明设计场合。

A Method for Determining the Damage Degree of Light Source to the Lighting of Fragile Cultural Relics in China

The invention belongs to the interdisciplinary field of cultural relics protection and lighting technology, and provides a scientific, accurate and operable method for determining the illumination damage degree of any light source to different fragile cultural relics in China. To this end, the technical scheme adopted by the present invention is to determine the degree of damage caused by light sources to the illumination of fragile cultural relics in China. The steps are as follows: 1. Model specimen 2, light source 3, scheme 4, parameter analysis 5, spectral matching 6, damage evaluation. The present invention is mainly applied to the protection of cultural relics and related lighting design occasions.

【技术实现步骤摘要】
判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法
本专利技术属于文物保护和照明技术的交叉学科领域，特别是涉及在博物馆等场所的展品照明中，如何判定各类光源对书法绘画、古籍善本、古建彩画等中国脆弱文物的照明损伤程度。
技术介绍
文物作为传统文化的重要载体，对于坚定文化自信、维系民族精神具有重要意义。保护文物功在当代、利在千秋。但目前文物的保护形势不容乐观。由于保护方面存在的问题，我国50.66％的文物存在不同程度的损坏。因此，应明确目前存在的主要问题，加强基础科学问题的研究，促进保护技术的开发与应用。如何科学妥善地保护好历代文物，是一项势在必行的工作，也是科研工作者不可推卸的历史责任。”照明是造成文物受损的重要原因。光源发出的光谱辐射被展品吸收后，导致文物出现褪色、变色、甚至颜色消失等不可逆的永久性损伤。为更好地对文物进行照明保护，中国国家标准按被照材料的光敏感程度对文物进行了分级，见表1。表1《博物馆照明设计规范》(GB/T23863-2009)中国脆弱文物是照明保护的重点对象。由上表可知，书法绘画、古籍善本、古建彩画等中国脆弱文物由于材质特点，极易因光源中的光学辐射而发生损伤，属于最高光敏感级别，是照明保护的重点对象。光源是进行中国脆弱文物照明保护的关键。目前《博物馆照明设计规范》(GB/T23863-2009)中，对于在中国脆弱文物照明中的光源限定指标如下：(1)第4.3.1条应选用色温小于3300K的光源作照明光源。(2)第4.3.2条在陈列绘画、彩色织物、多色展品等对辨色要求高的场所，应采用一般显色指数(Ra)不低于90的光源作照明光源。(3)第6.0.1条应减少灯光中的紫外辐射和红外辐射，使光源的紫外线相对含量小于5μW/m2。但该标准存在如下问题：(1)能够满足标准中“色温低于3300K、一般显色指数大于90、不含紫外和红外”三项指标要求的光源种类很多，如卤钨灯、荧光灯、金卤灯、LED(LightEmittingDiode)等。但不同光源的光谱功率分布(SPD,SpectralPowerDistribution)存在巨大差异，同时各类中国脆弱文物由于材质不同对各波长光谱的吸收和反射特性差别明显，因此对文物的光损伤程度迥异。目前仅以“色温低于3300K、一般显色指数大于90、不含紫外和红外”三项指标对光源进行限定，不能实现有效、精确、科学的光照保护。因此，如何根据文物材料性质选择最低损伤光源是目前亟待解决的问题。(2)LED作为新一代光源，近年来发展迅速，并开始在博物馆照明中进行应用。但不同于卤钨灯、荧光灯、金卤灯等传统光源的SPD相对固定，不同原理、不同厂家、不同型号的LED光谱差别巨大，对文物损伤差异明显，因此如何对各类LED在中国脆弱文物照明中的适用性进行判定、以及对各类LED进行中国脆弱文物照明准入评价，目前缺乏依据。为解决上述问题，本申请通过照明科学、文物学、光谱学、材料学等学科交叉，提出一种能够判定各类光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法。只要使用光谱仪等设备测得任一光源的SPD，通过本方法即可得到该光源对不同中国脆弱文物的量化损伤程度。1.目前与本申请最接近的现有专利如下：(1)LED植物生长灯光谱拟合算法及LED植物灯(专利号：CN105241549A)。该专利技术得到了一种LED植物生长灯光谱拟合算法，该方法中首先建立了单颗LED的光谱辐射模型：对单颗LED在其光轴方向上单位立体角内的辐射强度随波长的分布模型用高斯分布函数来近似，而后采用了曲线拟合算法：根据光谱的叠加原理得到多颗LED光谱合成的基本数学模型：L(λ)＝∑KiSi(λ)；在拟合过程中，设定第一个波长为λ0，系数K0，利用最小二乘算法依次求出λi和Ki。该专利技术通过光谱拟合可以得到任意与目标光谱相似度极高的拟合光谱。该专利中采用了最小二乘法进行光谱匹配，但是这种方法迭代速度慢，不适合多样本的情况。(2)一种多色LED匹配光谱和照度的方法(专利号：CN105934020A)。该专利技术公开了一种多色LED匹配光谱和照度的方法。在该方法中，首先，通过采样和测量获取各色单颗LED的光谱样本数据；然后，对待匹配光谱和照度进行转换以获得相应的目标光谱辐射亮度分布；最后，通过差分进化算法迭代匹配获得LED的驱动值，同时还提供了相应的光谱和照度匹配评价指标以对匹配结果进行评价。该专利技术提供了一种较为快速的光谱匹配方法，但该方法并不是以评价博物馆光源损伤为导向的，不能用于解决博物馆光源评价方法缺失这一问题。2.目前与本申请最接近的研究如下：(1)华侨大学的甘汝婷等人：为利用单色LED实现CIE-D65标准光源、AM1.5标准太阳光目标光谱的匹配，提出简单遗传算法作为光谱匹配算法，通过求解超定方程组的非负最小二乘解，优化不同峰值波长、峰值波长间隔、半高宽的单色LED匹配光源组合，达到光源光谱匹配的目的。所提遗传算法运行速度快、效率高、拟合误差小，可广泛应用于植物照明、医疗照明等特殊照明领域的光谱匹配仿真试验和工程实践。(甘汝婷等，遗传算法在LED光源光谱匹配技术中的应用[J].光子学报，2014，07)(2)北京理工大学的郑少林等人，根据光谱构造理论，采用现有的47种滤光片进行光谱构造，通过遗传算法求解该光谱构造函数，计算出不同滤光片的最佳匹配模式，该研究采用基于遗传算法的光谱构造方法对夜天光谱拟合得到的光谱匹配度较高。(郑少林等，基于遗传算法的夜天光光谱匹配方法研究[J]，光子学报，2016，03)(3)大连工业大学光子学研究所的李晓梦等人，研究了利用LED组合实现植物照明目标光谱的匹配算法。提出粒子群优化算法作为光谱匹配算法。通过观察相关指数随优化算法各参数在匹配中的变化趋势,筛选出高相关指数时各参数取值组合。采用两种控制电路对取值组合进行光谱匹配。粒子群优化算法光谱匹配各项参数的取值组合需预先根据其与相关指数之间的关系进行筛选,较优取值组合在实际试验中能够达到的相关指数为0.70±0.03。对植物照明领域的工程实践具有探索意义。(李晓梦等,基于粒子群优化光谱匹配技术的植物照明光源[J]，照明工程学报，2016，05)(4)中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的朱继亦等人，从实测的LED光谱分布出发,对基于LED光谱可调光源进行了可行性验证。提出用非对称高斯分布函数的数学模型来拟合单个LED光谱分布,并以该数学模型为基础,运用多种不同峰值波长的LED来合成所需要的光谱分布。在原理上实现了对任意目标光谱的最小二乘拟合,使用不同峰值波长的单色LED分别对D65、溴钨灯、5500K黑体、日光照射下的标准白板的光谱分布进行拟合,相关指数在0.94以上。(朱继亦等，基于LED的光谱可调光源的光谱分布合成[J]，发光学报，2010，06)(5)本专利技术人为得到博物馆照明光源对中国传统淡彩绘画的色彩影响规律,并确定不同类型中国传统淡彩绘画的最低损害光源,以3种博物馆典型照明光源作为实验光源,分组照射中国传统淡彩绘画模型试件,对模型试件的CIELAB色度数据进行周期性测量。基于实验数据计算不同周期色差变化值,并绘制色差随曝光量的周期性衰变曲线。进而对色差值变化数据进行回归分析,拟合得到不同光源对4种淡彩绘画颜料的相对影响函数公式,提出不同光源对各类型淡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法，其特征是，步骤如下：1、模型试件以中国脆弱文物颜料制作实验用模型试件，颜料类型见表2：表2 中国绘画的颜料组成及特点

【技术特征摘要】
1.一种判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法，其特征是，步骤如下：1、模型试件以中国脆弱文物颜料制作实验用模型试件，颜料类型见表2：表2中国绘画的颜料组成及特点2、光源光源选取可见光谱范围内的10个典型波段单色光，用LED单色芯片制备实验光源，10个单色光源信息见表3：表3实验光源信息表3、方案在专门制备的展柜中进行，照射过程中，不同单色光源置于独立的展柜空间，利用黑色隔板分隔不同组实验，避免各组间光照的相互干扰，对各组试件进行长周期照射，每天12小时，6天为一个周期，整个实验持续20个周期，共计1440小时，调节各组光源的功率，使各单色光源照射在对应试件上的辐照度相等，调节展柜内的环境参数，使之在整个实验过程中保持一致和恒定，参数值见表4：表4实验室室内温度、湿度及空气质量标准4、参数分析(1)采用PR-670光谱仪在D65标准光源下测量试件的色彩参数，并计算在10种单色光照射下，20个实验周期内颜料相对于初始状态的CIEDE2000色差值ΔE*001～ΔE*0020，ΔE*00的计算方法如下：式中：ΔL’,ΔC’,ΔH’分别为比较颜色间的亮度差，彩度差和色调差，KL,KC,KH为参数因子,是一个与观察环境相关的校正系数。SL,SC,SH为亮度、饱和度和色调权重因子,允许在CIELAB颜色空间中根据区域不同进行各自的调整，以校正视觉空间中的均匀性。RT为旋转函数，用于校正视觉感受中蓝色区域宽容量椭圆并不指向原点，用该函数对椭圆进行旋转；(2)取每种颜料20个周期色差值的平均值作为该种颜料受照射单色光源辐射的损伤值。式中a代表颜料类型；以构成某种文物的主要颜料所受单色光源的辐射损伤的平均值代表该种文物受到的辐射损伤，所以取文物所含颜料受损伤值的平均值作为该文物受单色光源的损伤值；式中，m代表文物种类，j代表计算文物m中所含颜料的种类数。最终得到不同波段的等能单色光对各类材料相对光致损伤值D，针对任意一种文物材料，10种单色光的损伤比例关系为：Dm(445):Dm(480):Dm(500):Dm(525):Dm(560):Dm(595):Dm(615):Dm(635):Dm(670):Dm(720)＝am:bm:cm:dm:em:fm:gm:hm:im:jm式中，m代表文物种类；am～jm为10种单色光的相对损伤值。5、光谱匹配任意光源的光谱都可由多个单色光光谱叠加得到，其基本数学模型为：式中，i代表各单色光类别，取值为1-n，n代表组成光源光谱的单色光个数，Si(λ)需始终在S(λ)范围内，在匹配时可离散化以进行计算，此处以1nm为单位进行匹配，这样对于380nm-780nm波长范围的光谱S(λ)...

【专利技术属性】
技术研发人员：党睿，王楠，谭慧姣，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12