一种基于光照保护的文物照明评价和设计系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于光照保护的文物照明评价和设计系统和方法，系统包括：文物信息扫描设备，用于获得文物图像信息；光源信息测量设备，用于测量文物表面的光源光谱信息；和交互与计算模块。所述交互与计算模块包括：文物信息输入单元，用于读取所述文物图像信息，并计算所述文物的各材料的曝光面积比例；光源信息输入单元，用于读取所述光源光谱信息；照明评价单元，用于根据所述文物图像信息和所述光源光谱信息，通过光照损伤计算模型计算所述文物的照明损伤值；和照明设计单元，用于根据所述文物表面的光源和所述文物的材料，通过光照损伤计算模型计算所述文物的照明数量推荐值和照明光源推荐色温。值和照明光源推荐色温。值和照明光源推荐色温。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光照保护的文物照明评价和设计系统和方法


[0001]本专利技术涉及文物保护和照明技术的交叉学科的
，更具体地，涉及一种基于光照保护的文物照明评价和设计的系统和方法。

技术介绍

[0002]照明损伤是造成文物损伤的重要原因，其根源是文物材料吸收光源的光谱能量后发生光化学反应，导致官能团转变或分子键断裂，呈现出褪色、变色或机械性能下降等不可逆的永久性损伤。尤其中国的书画、古籍、染色丝织品等文物，由于材质和工艺特点的特殊性，被国际照明委员会划定为最高光敏感级别展品，具有极强易损性。但由于这类文物具有极高艺术价值和观赏特性，展陈照明不可或缺。因此，无论对于文物保护展陈从业人员，还是对于照明装备生产企业，基于保护目的的照明评价和照明设计方法与工具都是迫切需求的。
[0003]当前对于文物照明的评估和设计方法多参考现行标准或技术指南，存在着以下问题：一、在基础层面，缺乏科学的文物损伤计算理论和工具。决定光损伤程度的因素包括照射强度、照射时间、光源的相对光谱功率分布、被照材料的光谱响应特性，四项因素耦合作用下光化学反应过程非常复杂，而当前理论仅基于文物色差变化规律将以上因素简单组合，无论是损伤判定指标还是计算方法都与实际文物损伤机理与规律相差甚远。
[0004]二、在照明损伤风险评估方面，缺乏完整的评估方法与标准。该空白对于实现对文物的预防性保护，及为光源选择和新型光源准入提供判定依据带来障碍。由于每件文物的材料组成独特且复杂，且日渐普及的LED光源光谱构成灵活多变，如何根据珍贵文物的材料构成和材料特性，综合评估光源的光谱组成以及拟采用的照射强度和照射时间对文物造成的损伤是照明评估面临的主要问题。
[0005]三、在照明设计指标推荐方面，缺乏精准的照明指标推荐。当前设计多参照标准对光敏感类文物限定固定的照度、照射时间和色温等，但对文物分类不精准且推荐指标粗放。如何根据文物材料构成特点和光源光谱组成，灵活精准地推荐照明数量指标和光源参数是构建新型照明设计指标推荐方法的关键问题。
[0006]综上所述，本专利技术通过光照老化实验，探究典型文物材料光照损伤量化规律，并构建文物材料光照损伤计算模型。基于理论模型，提出文物整体光照损伤无量纲化计算方法、文物照明损伤阈值计算方法等，进一步构建了完整的照明损伤风险评估方法和照明设计指标推荐方法，并构建了文物照明评价和设计系统。实现了针对不同中国传统文物，采用“一事一议”的方式，精确判断照明方案的量化损伤度，并能灵活给出推荐照明指标。为文物预防性保护、光源产品开发和照明方案设计提供依据，为保存中国文化遗产的原真性、避免或减小因不科学照明造成的历史信息遗失的威胁、实现传统文化复兴的国家战略提供科技支撑。
[0007]一种基于拉曼光谱分析的文物照明损伤评价方法（公开号：CN108760712A）利用拉
曼光谱对文物的照明损伤进行定量分析，选定颜料试件某一拉曼特征峰谱线作为目标谱线，然后选择另一拉曼特征峰谱线作内标谱线，利用公式求得两处拉曼光谱信号的峰强比来计算损伤。对颜料试件进行照射实验，设定标准比对光源，将待测光源损伤度于之对比，得到待测光源对文物的损伤度。但该方法求得的光源损伤仅为与标准光源对比的结果，并不能对任意待测光源的损伤度进行量化评价，且没有给出基材和颜料损伤进行整合分析的方法。
[0008]一种评价光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法（公开号：CN109870447A）对29种颜料进行10种单色光照射实验后，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，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，然后通过光谱匹配（任意光源的光谱都可由多个单色光光谱叠加得到）得到不同光源的损伤度，以此进行损伤评价。但该种方法只对颜料进行了实验，且未解决颜料与基材综合评价的问题。
[0009]基于主客观实验数据的LED照明质量评价方法及系统（公开号：CN105136432A），包括输入针对发光样本采用预设LED照明评价角度所得的主观实验数据，对每组发光样本的主观得分均值进行统计；对于各组发光样本，以光谱辐射度计测量光谱功率分布，截取可见波长范围的数据，计算客观评价指标；通过多元非线性拟合方法，构建不同发光样本条件下主观得分均值与对应客观评价指标之间的关联性模型；对于待评价的发光样本，以光谱辐射度计测量其光谱功率分布，截取可见波长范围的数据，计算客观评价指标，依据关联性模型得到对应得分估计值，实现光源照明质量的表征。该专利技术提供了一种具有使用灵活且具有针对性的LED照明质量评价方法，可保障评价准确率，且实施方便。但该专利技术主要用于评价LED光源的照明质量，不能评价照明对绘画色彩的影响程度。
[0010]在恒温恒湿条件下，以10种不同波段窄带光谱作为实验光源、以17种典型彩绘文物颜料作为实验样本开展累积1440h的照射实验，以240h为周期测量样本的色彩参数并转换为色差指标。绘制在10种窄带光谱照射下17种颜料的色差随曝光量变化曲线，并拟合得到颜料对光谱的响应函数，代入，形成彩绘文物照明光源的光谱损伤度评价公式。（赵楷卿,党睿.基于光谱分析的彩绘文物照明光源损伤度评价方法[J].光谱学与光谱分析,2021,41(06):1886
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1890）得到构成白光LED光谱的主要单色光对中国传统淡彩绘画色彩的影响规律，以构成白光LED光谱的4种主要单色光作为实验光源，分组照射中国传统淡彩绘画模型试件。根据检测数据绘制主波长、兴奋纯度、亮度3个参数随总曝光量积累的衰变曲线，基于曲线分析得到各种淡彩绘画颜料在光照下的色彩衰变规律，并根据实验数据计算得到4种单色光对绘画色彩主波长的影响关系为482nm:510nm:583nm:650nm=8147:9067:9772:9121；对兴奋纯度的影响关系为482nm:510nm:583nm:650nm=89446:85250:76895:69229；对亮度的影响关系为482nm:510nm:583nm:650nm=137:238:190:177。(党睿,刘杰,刘刚,原野.构成白光LED的单色光对中国淡彩绘画色彩的影响[J].发光学报,2017,38(11):1545
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1552)国内外典型博物馆进行现场以书画类等敏感性展品为例对调研成果进行分析研究，说明目前展陈照明在照明方式、照明光源、照度指标方面所存在的问题，为博物馆的文
物光照保护提供参考。（党睿、张明宇，基于文物保护的博物馆展陈照明调查研究[J]，照明工程学报，2013，24（3）：18
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23）不同光敏感度展品可承受的最大光照射量不同，目前使用“表面照度”和“总曝光量”两项参数作为照明数量限定指标。（赵建平、肖辉乾、王书晓、罗涛、张滨，博物馆照明设计标准的研究[C].第十届全国建筑物理学术会议论文集，2008）目前与本申请相关的国家标准为《博物馆照明设计规范》（GB/T 23863
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2009），该标准中对于中国传统绘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光照保护的文物照明评价和设计系统，其特征是，包括：文物信息扫描设备，用于获得文物图像信息；光源信息测量设备，用于测量文物表面的光源光谱信息；和交互与计算模块；所述交互与计算模块包括：文物信息输入单元，用于读取所述文物图像信息，并计算所述文物的各材料的曝光面积比例；光源信息输入单元，用于读取所述光源光谱信息；照明评价单元，用于根据所述文物图像信息和所述光源光谱信息，通过光照损伤计算模型计算所述文物的照明损伤值；和照明设计单元，用于根据所述文物表面的光源和所述文物的材料，通过光照损伤计算模型计算所述文物的照明数量推荐值和照明光源推荐色温。2.根据权利要求1所述的基于光照保护的文物照明评价和设计系统，其特征是，所述光源光谱信息包括光源照度、光源照射时间和光源光谱功率分布，所述光照损伤计算模型包括文物材料光照损伤计算模型和文物整体光照损伤计算模型；并且所述计算所述文物的照明损伤值包括：将所述文物的各材料曝光面积的比例、光源光谱功率分布、照射强度、照射时间代入所述文物材料光照损伤计算模型，获得所述文物中各材料的光照损伤值；和将所述文物中各材料的光照损伤值代入所述文物整体光照损伤计算模型，获得所述文物的整体光照损伤值，作为所述文物的照明损伤值。3.根据权利要求2所述的基于光照保护的文物照明评价和设计系统，其特征是，所述文物材料光照损伤计算模型为：其中，n为文物的各材料的代号，所述材料包括文物表面相应的颜料或未被颜料覆盖而直接暴露在空气中的相应的基材，n值代表相应的颜料或基材；D
n
表示文物的相应材料的照明损伤值；表示文物材料的照明损伤值在照度E和时间t耦合作用下的变化函数；表示文物材料的照明损伤值随光源波长λ的变化函数；表示照射文物材料的光源的相对光谱功率分布；为等能白光D55标准光源的相对光谱功率分布；所述文物整体光照损伤计算模型为：其中，D为文物的照明损伤值，D0为颜料或基材的损伤基准，α
n
代表文物表面相应的颜料或未被颜料覆盖而直接暴露在空气中的相应的基材的面积占比。
4.根据权利要求1所述的基于光照保护的文物照明评价和设计系统，其特征是，所述照明数量推荐值包括推荐照度值和/或推荐照射时间；所述计算所述文物的照明数量推荐值包括：根据文物损伤阈值计算模型，计算所述文物的损伤阈值；其中，文物损伤阈值计算模型为：其中，D
THR
为所述文物的损伤阈值，α
n
代表所述文物的各材料曝光面积比例，D
THR_n
代表文物中各材料的损伤阈值；所述材料包括文物表面相应的颜料或未被颜料覆盖而直接暴露在空气中的相应的基材；将所述文物的各材料的种类和各材料的曝光面积的比例α、光源光谱功率分布S(λ)代入；并且令D=D
THR
，并将光源光谱功率分布、所述文物的各材料曝光面积的比例代入文物损伤计算模型，求解照明数量推荐值；其中，D为文物的照明损伤值。5.根据权利要求4所述的基于光照保护的文物照明评价和设计系统，其特征是，所述求解照明数量推荐值包括：输入遍历照度值的求解范围和遍历步长；根据所述文物的所述损伤阈值和预先设定的照射时间，逐步比较每一照度值下的文物的照明损伤值与所述损伤阈值的损伤差值，进而求得所述损伤差值最小时的最高照度，作为推荐照度值；所述求解照明数量推荐值还包括：输入遍历照射时间的求解范围和遍历步长；和根据所述文物的所述损伤阈值和预先设定的照度值，逐步比较每一照射时间间隔后的文物的照明损伤值与所述损伤阈值的损伤差值，进而求得所述损伤差值最小时的最高照射时间，作为推荐照射时间。6.根据权利要求1所述的基于光照保护的文物照明评价和设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：党睿，刘宇星，刘娓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：